超低排放改造后影响脱硝系统液氨过喷的因素及对策

王有利

摘 要：通过对机组实施超低排放改造后，可能引发脱硝系统液氨过喷的原因进行全面分析和总结，研究制定切实可行且行之有效的应对措施，减少和杜绝液氨过喷现象。从设计源头抓起，强化设备问题隐患治理，科学做好锅炉配风和制粉系统优化运行等调整工作，进一步做好日常监管，及时修编完善脱硝系统优化运行调整奖惩机制。脱硝系统液氨过喷问题能够得到有效遏制，对实施超低排放改造后存在类似问题的脱硝机组具有一定借鉴和指导意义。

关键词：超低排放改造;液氨过喷;原因分析;解决措施

中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）12-0036-02

0 引言

2011年8月底，国务院公布《“十二五”节能减排综合性工作方案》，要求新建燃煤机组全部安装脱硝设施，单机容量30万kW及以上机组全部加装脱硝设施，故我国火电机组烟气脱硝改造工作是从2012年开始进行大范围实施的。而仅仅过了不到4年，国家环保部就又发文（环发[2015]164号文）：关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》通知要求，到2020年，全国所有具备改造的燃煤电厂力争实现超低排放，加快现役燃煤机组超低排放改造步伐，将东部地区原计划2020年前完成的超低排放改造任务提前至2017前总体完成;将对东部地区的要求逐步扩展至全国有条件地区，其中，中部地区力争2018年前基本完成，西部地区在2020年前完成[1-3]。

上述文件的出台，使得多数刚刚实施完脱硝改造的在役机组，脱硝系统在运行不到3年的情况下就不得不再次进行全面改造。由于超低排放环保指标控制标准相对改造前大幅提升（NOx由200mg/Nm3下调至50mg/Nm3）且环保考核标准也进一步提高，使得运行调整难度和强度随之增加。同时，由于在短时间内集中进行超低排放改造，使得无论从设计、设备制造还是施工，在技术、人员以及设计上都显得准备不足，再加上电厂方面为了减少对年度任务指标的影响，对改造工期一压再压，造成边设计边施工现象比较普遍，进而造成部分电厂在实施完超低排放改造后，陆续出现液氨消耗量和氨逃逸率指标严重超出设计值问题。

1 脱硝系统液氨过喷的危害

通过各种事故案例可以看到，实施超低排放改造的机组，由于各种原因造成脱硝系统液氨过喷所带来的危害主要表现在以下几个方面：

（1）脱硝催化剂活性变差，效率下降，使用寿命缩短，氮氧化物小时均值超标现象增加;（2）空预器堵灰现象加剧，进出口差压增大，一次风机运行稳定性下降，带负荷能力严重不足。同时，空预器变形问题明显，动静之间磨擦问题加剧，严重的造成空预器电机超载，机组被迫停运;（3）引风机动叶执行机构由于烟气中硫酸氢氨含量偏高，风机动叶根部结晶问题严重，风机出力受限;（4）电袋除尘器一电场放电电极和收尘极板结晶现象严重，一电场收尘率大幅下降，同时造成布袋除尘糊袋现象加剧，布袋差压严重超出设计允许值;（5）机组运行维护成本增加，即采购液氨费用增加、空预器高压水冲洗次数增加、电袋除尘器布袋清洗费用增加，严重的会造成布袋运行寿命大幅减少，引风机电耗增加明显;（6）脱硝系统运行稳定性持续下降，脱硝效率无法得到有效保证，氮氧化物指标超标运行概率大幅增加，严重分散了运行人员监盘的精力。

2 造成液氨过喷的原因分析

2.1 设计上的不足

如对北方地区火电机组长时间参与深度调峰工作预估不足，对机组长时间在40%以下低负荷运行的危害认识不足，造成催化剂模块数量和体积选择偏低，进而造成脱硝效率设计偏低;对由于煤价大幅波动相应带来的煤质的变化预判不够，造成设备改造后实际燃用煤质与设计煤质存在较大偏差，从而造成制粉系统运行方式与改造前后相差较大，氧量的控制标准无法达到预期值;超低排放改造中没有对硝区原喷氨格栅方式和喷嘴数量进行相应改造，造成喷氨均匀性得不到保证;对原脱硝系统存在的问题隐患重视不够，在实施超低排放改造过程中没有进行相应整改，使得部分脱硝机组在没有实施超低排放改造前过分显露出的问题在超低排放改造后显著暴露;改造前没有通过数学建模的方式对烟道的流场进行模拟，没有对脱硝入口烟气导流板进行重新调整。

2.2 设备上的不足

催化剂选型不合理或品质较差，性能得不到有效保证;脱硝气氨调门自动逻辑不够完善，造成气氨调门无法有效投入自动;硝区出入口氮氧化物、氧量等测点故障率高、准确率不足且与净烟气出口测点偏差较大;锅炉本体配风执行机构故障率高，部分煤层辅助风挡板开度无法做到有效关闭，造成锅炉燃烧中心氧量供给无法做到有效压制;锅炉燃烧动力场不均衡，锅炉脱硝两侧烟气量和氧量偏差严重，造成脱硝系统两侧出入口氮氧化物指标偏差较大，从而引发某一侧气氨调门开度偏大。

2.3 日常运行调整和监管上的不足

机组实施超低排放改造后，没有及时进行性能试验，对存在的问题和隐患没有及时分析，相关运行调整指导措施和考核管理规定没有及时制定，造成运行人员没有形成统一认识，调整过于随意;对脱硝系统液氨过喷现象可能带来的危害估计不足，待问题隐患暴露出来后已为时过晚;对气氨混合比、稀释风机流量指标关注度不够;在DCS画面中没有及时增加氮氧化物小时均值显示功能;机组在低负荷和深度调峰运行期间，锅炉制粉系统和送风机优化运行工作执行的不好，造成锅炉氧量偏大，脱硝入口氮氧化物指标严重超出设计值。

2.4 管理理念和指导方向上的不足

过分强调超低排放改造后环保指标达标运行的重要性，而忽略了对氮氧化物指标日常运行中应该正常控制标准的指导和确认以及对过喷行为的处罚，造成运行人员对脱硝气氨调门自动的设定值不尽合理，为避免超标考核，经常出现氮氧化物指标长时间在低位运行的同时，气氨调门开度却仍保持在较高位运行状态;为实现机组并列后环保指标就达标排放的标准，只能在违反脱硝运行规程的前提下，在脱硝入口烟温严重低于脱硝系统最低允许投入温度的情况下（机组正常启动，并网初期脫硝入口烟温一般在270℃左右），强行通过增大液氨消耗量的方式来控制氮氧化物指标达标排放，该时间少则2h，多则3h～4h。此种运行方式，直接造成催化剂活性变差，甚至失效。类似的还有，机组在运行期间，由于高加泄漏原因，同样会出现脱硝入口烟温在严重低于脱硝系统最低允许投入温度情况下，强行投入脱硝系统。

3 应对措施

3.1 在物防方面

更换脱硝系统原有供氨流量计，保证其测量精度和量程能够符合超低排放改造后运行调整和监控要求，避免误判;对喷氨格栅喷嘴数量进行优化，适当增加喷嘴数量，以保证喷氨的均匀度和与烟气的接触面积;对故障率高的锅炉本体配风执行机构进行必要更换或全面检修，保证其动作的稳定性和准确性;在煤炭采购上，要努力确保实际燃用煤质与超低排放改造设计时所采用的煤质指标相同或相近，从而确保机组在不同负荷段制粉系统优化运行工作能够得到有效落实，脱硝入口氮氧化物指标均能达到设计标准。同时，要高度重视燃煤中硫分含量指标，避免燃用高硫煤。

3.2 在技防方面

进一步完善脱硝系统气氨调门自动控制逻辑。将脱硝系统入口氮氧化物指标纳入到其自动控制中，来提升自动控制的灵敏性，同时增加调门开关上下限闭锁功能;在DCS画面和集控室大屏上增加氮氧化物小时均值显示功能;在生产实时信息系统中的生产报表统计功能中增加“脱硝系统优化运行调整数据统计报表”项目，以便专业进行统计分析和考核;进一步完善鍋炉和磨煤机保护动作逻辑，实现机组在深度调峰期间，制粉系统能够实现“三运两备”甚至“两运三备”深度优化运行模式，实现对锅炉氧量的全面压制，进而实现对脱硝入口氮氧化物生成量以及指标的积极管控;对锅炉燃烧动力场以及脱硝入口烟气流场分布情况进行重新校核，通过计算机建模分析结果，利用机组停机检修时机对锅炉燃烧器进行检修和调整，对脱硝入口烟气导流板进行调整;对催化剂形式进行改造，全力推进宽负荷脱硝工作;在低负荷运行期间积极开展单侧送风机运行措施。

3.3 在人防方面

不断修编、完善脱硝系统优化运行调整考核细则。进一步重申和明确锅炉氧量和脱硫侧净烟道出口氮氧化物指标合理控制范围，并积极开展脱硝系统优化运行调整劳动竞赛活动;认真组织开展超低排放改造后脱硝系统性能试验，及时发现问题和隐患，并采取有针对性的整改措施，尤其是运行调整方面的不足，科学编制脱硝系统优化运行调整指导措施;高度重视对脱硝系统监测指标的日常检查和维护工作，要与第三方维护单位建立起良好的协作机制，保证环保监控参数的稳定性;做好对稀释风机出口风量、压力的监视和检查，定期对喷氨格栅调整门进行有层次、有步骤地全开扰动操作，消除喷嘴堵塞现象;在有效杜绝液氨过喷的前提下，合理确定机组深度调峰下限值;积极开展一次风机降压运行工作;加强机组在启动过程中的管理。在启动第4台磨煤机前，锅炉烟风系统要始终保持单侧风机运行状态，机组并网后，尽早投运高加运行。同时，并网后第一个小时，不要过分强调氮氧化物超低排放，在保证不超过200mg/Nm3排放标准的前提下，尽量减少脱硝系统入口烟温在低温工况下（低于280℃）的喷氨量。

4 结论

通过上述措施的落实，某350MW正压直吹式、四角切圆燃烧燃煤机组，脱硝系统的液氨消耗量由前期的100kg/h～120kg/h，下降至当前的50t/h～60t/h，每年可节约液氨消耗量近350t，全面达到并优于设计要求且处于同行先进行列。同时，由于液氨过喷所引发的一系列问题和隐患也得到全面杜绝，机组运行的可靠性和经济性得到大幅提升。

参考文献

[1] 西安热工研究院.火电厂SCR烟气脱硝技术[M].北京：中国电力出版社，2013.

[2] GB-13223-2011，火电厂大气污染物排放标准[S].

[3] 环境保护部，国家发展和改革委员会，国家能源局.关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的通知[Z].环发〔2015〕164号，2015-12-11.