燃氣電廠余熱鍋爐脫硝系統(tǒng)氨逃逸率高的原因分析

大氣網(wǎng)訊:摘要：燃氣電廠余熱鍋爐的脫硝系統(tǒng)在運行中容易出現(xiàn)氨逃逸率高的問題,本文闡述了氨逃逸率高的危害,對造成氨逃逸率高的原因進行了分析,提出了控制氨逃逸率的技術(shù)措施。

1 設(shè)備概況

1.1 二拖一機組概況

北京京能高安屯燃氣熱電有限責任公司燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，采用1套845MW級燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)“二拖一”多軸布置機組。全廠配置為：2臺9F級型號為SGT5-4000F(4)燃氣輪機；2臺型號為QFSN-300-2燃氣輪發(fā)電機；2臺臥式余熱鍋爐；1臺型號為LZC266-12.5/0.4/545/540供熱蒸汽輪機和1臺300MW級型號為QFSN-300-2汽輪發(fā)電機。燃機發(fā)電機和蒸汽發(fā)電機組為分軸布置。

1.2 余熱鍋爐概況

余熱鍋爐（HRSG）是由無錫華光鍋爐股份有限公司采用比利時CMI公司技術(shù)生產(chǎn)的型號為UGSGT4000F-R，臥式、自然循環(huán)、三壓、再熱、無補燃、全封閉的燃機余熱鍋爐，設(shè)煙氣脫硝（SCR）裝置，每臺余熱鍋爐設(shè)置一個煙囪。主要由高、中、低壓汽包、過熱器、蒸發(fā)器、省煤器、再熱器、高壓給水泵、中壓給水泵、煙氣脫硝（SCR）、低壓省煤器再循環(huán)水泵、煙氣熱網(wǎng)水水換熱器、連續(xù)排污擴容器、定期排污擴容器及輔助設(shè)備等組成。

1.3 脫硝系統(tǒng)概況

SCR系統(tǒng)安裝在燃機余熱鍋爐中受熱面中壓過熱器和高壓省煤器3之間，使用氨水（20%wt）作為反應劑。脫硝系統(tǒng)NOx脫出率不小于85%，脫硝裝置可用率不小于98%。

余熱鍋爐入口煙氣參數(shù)如下：

（1） 入口煙氣壓力 4.04kPa（g）。

（2） 入口煙氣溫度 582.3℃。

（3） 入口煙氣流量 2562.8 m3/h 。

（4）入口煙氣中NOx含量：25ppm （15%O2）。

（5） 出口煙氣中NOx含量：≤10.37mg/Nm3

（15%O2，標態(tài)，干基）。

（6） 氨的逃逸率：10ppm。

SCR系統(tǒng)主要由氨水供給單元、氨水蒸發(fā)器、噴氨柵格AIG和催化劑層組成。主要設(shè)備有稀釋風機（1運1備）、氨水蒸發(fā)器SPV、氨水儲罐、噴氨柵格AIG、凈煙氣測量柵格、加氨泵（1運1備）、卸氨泵、廢液泵和管道等組成。

2 SCR煙氣脫硝基本原理

選擇性催化還原脫硝是在一定溫度和催化劑的作用下，還原劑“有選擇性”地把煙氣中的NOx還原為無毒、無污染的N2和H2O。

我公司應用的還原劑是氨水。以氨為還原劑的煙氣脫硝基本反應方程式為：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

上面第一個反應是主要的，因為煙氣中幾乎95％的NOx是以NO的形式存在。在沒有催化劑的情況下，上述反應只在980℃左右的溫度進行。通過選擇合適的催化，反應溫度可降低到適合火電廠實際使用的280~420℃溫度范圍。我廠是以鈦-釩為活性物質(zhì)，在反應條件改變時還可能發(fā)生以下副反應：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

2NH3→N2+3H2

4NH3+3O2→2N2+6H2O

發(fā)生NH3分解和NH3氧化成NO的反應都是溫度在350℃以上，450℃以上開始激烈起來。反應溫度在300℃以下時僅有NH3氧化成N2的副反應可能發(fā)生。

3 影響SCR脫硝效率的主要因素

3.1 催化劑

不同的催化劑有不同的活性和物理性能，這就決定了不同的結(jié)構(gòu)和表面積。一般來說，對于選定的催化劑，結(jié)構(gòu)越簡單、表面積越大，越有利于催化劑的布置和反應物的反應。

采用何種催化劑與SCR反應器的布置方式是密切相關(guān)的。一般可以把催化劑的種類分為三類：高溫催化劑（345~590℃）、中溫催化劑（260~380℃）和低溫催化劑（80-300℃）。

3.2 反應溫度

反應溫度在一定程度上決定著還原劑與煙氣中的Nx的反應速率，同時也影響催化劑的活性。一般來

說，反應溫度越高，越有利于SCR系統(tǒng)的運行。但是，考慮綜合效率問題，并不是采用設(shè)備的極限溫度，而是在一定工況下采用最佳的反應溫度，溫度范圍視SCR反應器在鍋爐尾部的布置位置而定。

3.3 煙氣在反應器內(nèi)的空間速度

空間速度是SCR的一個關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。它是標準溫度和壓力下的濕煙氣在催化劑容器內(nèi)滯留時間的尺度。

它是煙氣容積流量與SCR反應塔中催化劑體積的比值，反映了煙氣在SCR反應塔內(nèi)的停留時間的大小?？臻g速度的大小取決于催化劑的結(jié)構(gòu)，決定反應的徹底性，也就對SCR系統(tǒng)的效率有所影響。煙氣的空間速度越大，其停留時間就越短。一般SCR的脫硝效率將隨著煙氣空間速度的增大而降低。

4 氨逃逸率高的危害

氨逃逸率即SCR脫硝工藝出口未參與還原反應的NH3與出口煙氣總量的體積占比，計量單位為ppm。在SCR煙氣脫硝工藝中，氨逃逸率的控制至關(guān)重要。如果控制不好，不僅使脫硝成本增加，而且機組安全運行也受到威脅。氨逃逸率高對余熱鍋爐的危害性主要表現(xiàn)在以下兩個方面：

（1）余熱鍋爐煙道尾部換熱面腐蝕、堵塞加重；

（2）催化劑中毒。在SCR脫硝工藝中，氨逃逸率過高會導致催化劑反應性能下降，催化劑中毒。

5 氨逃逸率高的原因

根據(jù)脫硝系統(tǒng)的工作原理及具體布置情況，余熱鍋爐脫硝系統(tǒng)氨逃逸率高的原因主要有：

（1）脫硝系統(tǒng)煙氣流場不均勻，導致脫硝系統(tǒng)局部噴氨量過大，氨逃逸率升高；

（2）催化劑中毒，催化劑反應性能下降，使得脫硝系統(tǒng)噴氨過量；

（3）機組長時間在低負荷運行，SCR系統(tǒng)入口煙溫偏低，導致反應轉(zhuǎn)化比例偏低，導致氨消耗量增加。

6 控制氨逃逸率的措施

為了保證余熱鍋爐的安全運行，對脫硝系統(tǒng)的氨逃逸率必須加以控制，防止氨逃逸率過高?？刂瓢碧右萋实拇胧┯校?/p>

（1）正常運行中嚴格控制氨的噴入量，防止氨氣過量而造成氨逃逸，正常情況下應控制氨逃逸率不超過10ppm。

（2）保持催化劑的活性。SCR脫硝催化劑的壽命一般在5～6年，因此SCR脫硝裝置運行一段時間后，催化劑活性會逐漸衰減，脫硝效率將會降低，氨逃逸率將會增加。當脫硝效率達不到設(shè)計值或不能滿足環(huán)保排放要求時，為確保余熱鍋爐的安全運行，就必須對催化劑進行清洗或安裝備用層催化劑。

（3）加強脫硝裝置CEMS的維護工作，確保脫硝進、出口NOx數(shù)據(jù)的準確性，為運行人員提供可靠的調(diào)整依據(jù)。

（4）對每日的耗氨量進行比對，避免有過量噴氨情況。

（5）加強SCR系統(tǒng)出口差壓的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)差壓增大時及時減少噴氨量，同時注意控制煙氣溫度在系統(tǒng)要求范圍內(nèi)。

（6）嚴格控制脫硝系統(tǒng)進口煙氣溫度，保持在290℃以上，避免由于煙氣溫度過低造成催化劑反應性能下降，催化劑中毒。

（7）調(diào)整稀釋風機出力，保證稀釋風機出口壓力滿足脫硝系統(tǒng)運行需求。

7 結(jié)語

目前，環(huán)保壓力越來越大，各電廠企業(yè)都非常重視環(huán)保工作。脫硝系統(tǒng)氨逃逸率增大是燃氣電廠余熱鍋爐運行中經(jīng)常遇到的問題，氨逃逸率控制不好將直接影響正常的安全生產(chǎn)。如果由于氨逃逸率控制不好最終導致催化劑中毒，反應性能下降，則需要停爐處理，經(jīng)濟損失巨大。所以，做好余熱鍋爐脫硝系統(tǒng)的安全生產(chǎn)工作有著重大的意義。

原標題:燃氣電廠余熱鍋爐脫硝系統(tǒng)氨逃逸率高的原因分析