超低排放形勢下SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行存在問題與對策

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:摘要：針對超低排放形勢下選擇性催化還原(SCR)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的NOx排放超限、空氣預(yù)熱器硫酸氫銨堵塞加重等問題,分析其主要與超低排放對SCR反應(yīng)器中NH3/NOx分布的均勻性要求提高,SO2/SO3轉(zhuǎn)化率升高,噴氨優(yōu)化控制要求提高,最低噴氨溫度升高及催化劑壽命管理更加復(fù)雜等有關(guān).

對此,提出了通過噴氨優(yōu)化調(diào)整和流場優(yōu)化改造改善NH3/NOx分布均勻性,減少催化劑的用量及釩含量控制SO2/SO3轉(zhuǎn)化率,降低脫硝系統(tǒng)入口噴氨量、SO3質(zhì)量濃度或設(shè)備改造來拓寬低負(fù)荷脫硝運(yùn)行范圍,通過噴氨控制系統(tǒng)優(yōu)化降低NOx排放超標(biāo)及過量噴氨的風(fēng)險(xiǎn),采取有效的催化劑壽命管理延長催化劑使用壽命、降低廢催化劑產(chǎn)生量等解決方案.對實(shí)現(xiàn)燃煤電廠SCR脫硝系統(tǒng)的安全、高效及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有指導(dǎo)意義.

關(guān)鍵詞：超低排放;脫硝;SCR;燃煤機(jī)組;NOx排放;硫酸氫銨;空氣預(yù)熱器堵塞;噴氨控制;SO2轉(zhuǎn)化率

面對國內(nèi)日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢,國家發(fā)展和改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局于2014年9月12日聯(lián)合發(fā)布了“煤電節(jié)能減排升級改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)”.該計(jì)劃要求,“十三五”期間,火電廠大氣污染物控制將全面實(shí)施超低排放,燃煤電廠排放的大氣污染物質(zhì)量濃度接近“燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值”,即煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放質(zhì)量濃度分別達(dá)到10、35、50mg/m3限值[1].

當(dāng)前,燃煤電廠實(shí)現(xiàn)NOx超低排放主要采用選擇性催化還原(SCR)脫硝系統(tǒng)自身提效,或低氮燃燒(LNB)、非選擇性催化還原(SNCR)與SCR技術(shù)的組合.實(shí)現(xiàn)NOx超低排放需要提高SCR脫硝效率,這通常伴隨著NOx排放控制質(zhì)量濃度降低、脫硝系統(tǒng)噴氨量和催化劑用量增加及SO2氧化率提高等.

因此,了解和掌握NOx超低排放下SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn),采取有效措施減少其運(yùn)行中出現(xiàn)的新問題,是實(shí)現(xiàn)SCR脫硝系統(tǒng)超低排放運(yùn)行的關(guān)鍵[2].

1NOx超低排放存在新問題

燃煤電廠在現(xiàn)有SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上,通過提高脫硝效率(通常由目前的60%~80%提高到85%~95%)實(shí)現(xiàn)NOx超低排放的同時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)以下新問題:

1)SCR反應(yīng)器在高效率下運(yùn)行時(shí),不僅需要增加催化劑用量,同時(shí)對脫硝系統(tǒng)入口NH3/NOx混合均勻性的要求明顯提高;

2)增加催化劑用量,會(huì)造成催化劑的整體SO2氧化率提高,脫硝系統(tǒng)出口SO3質(zhì)量濃度增大,加劇空氣預(yù)熱器硫酸氫銨堵塞的風(fēng)險(xiǎn);

3)將NOx排放質(zhì)量濃度控制到50mg/m3以內(nèi)后,日常運(yùn)行中脫硝系統(tǒng)出口NOx質(zhì)量濃度波動(dòng)范圍可能在20~50mg/m3,需要避免NOx排放超標(biāo)和防止過量噴氨;

4)SCR脫硝效率提高,通常會(huì)伴隨著噴氨量的增加,由此會(huì)進(jìn)一步提高脫硝系統(tǒng)的最低噴氨溫度;

5)提高脫硝效率大多采用增加備用層催化劑的方案,從而改變了現(xiàn)有催化劑的設(shè)計(jì)壽命管理方案,需重新制定催化劑的壽命管理策略.

2問題分析及對策

2.1 NH3/NOx混合均勻性

SCR脫硝系統(tǒng)在較高的脫硝效率下運(yùn)行時(shí),氨氮摩爾比變化對脫硝效率和氨逃逸量的影響如圖1所示[3].由圖1可見,隨著氨氮摩爾比增大,脫硝效率升高,氨逃逸量也逐漸增大,尤其當(dāng)脫硝效率超過90%時(shí),氨逃逸量增大的趨勢明顯加快,空氣預(yù)熱器形成硫酸氫銨堵塞的風(fēng)險(xiǎn)加大.

圖1氨氮摩爾比變化對脫硝效率和氨逃逸量的影響

脫硝系統(tǒng)運(yùn)行效果不僅取決于催化劑的性能,還與脫硝反應(yīng)器內(nèi)的流場優(yōu)劣和NH3與煙氣中NOx的混合均勻性關(guān)系密切.氨氮摩爾比分布偏差對脫硝性能的影響如圖2所示[4].

圖2氨氮摩爾比分布偏差對脫硝性能的影響

由圖2可見,在催化劑體積量一定,脫硝效率為90%時(shí),當(dāng)脫硝系統(tǒng)入口氨氮摩爾比分布偏差為5%時(shí),對應(yīng)氨逃逸量在1μL/L以內(nèi);而當(dāng)氨氮摩爾比分布偏差增大到12%時(shí),對應(yīng)氨逃逸量迅速增至5μL/L以上.

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