SCR脱硝喷氨优化与运行控制分析

2021-11-27张硕丰

中国科技纵横 2021年12期

张硕丰

（国能铜陵发电有限公司，安徽铜陵 244000）

1.SCR脱硝喷氨优化与运行控制的必要性

当前我国国内火力发电站相关发电锅炉已经完成了SCR脱硝改造，以进一步满足火力发电过程中NOX的排放浓度需求。但不容忽视的是，在SCR氧气脱硝装置运行过程中锅炉容易出现问题，如脱硝反应器存在出口位置NOX浓度增大、存在局部氨气逃逸的问题，此类问题也同样会导致超临界机组正常运行受到严重影响。因为在发电锅炉烟气脱硝反应过程中，烟气需要经过脱硝反应器，因此会呈现出层流态，另一方面出现局部氨逃逸问题也会对火力发电锅炉下游的相关设备造成严重的影响。因此需要对SCR烟气脱硝喷氨进行优化和调整，改善脱硝反应器的氧气浓度，缓解局部氨逃逸过高的问题，通过此种方式能够进一步保证火力发电厂超临界机组的正常作用发挥，避免出现更为严重的安全风险隐患问题[1]。

2.SCR脱硝喷氨优化调整分析

2.1 SCR脱硝装置

为了进一步分析与研讨SCR脱硝喷氨的优化路径和调整对策，本文以某地区600MW的超临界机组SCR脱硝装置进行深入研究，该装置主要采取高尘型的工艺，催化剂同样也按照2+1的方式进行合理布置。在该机组SCR脱硝装置入口处，其设计NOX的浓度为450mg/m³。为了满足装置运行需要，备用层中配置的催化剂在未投入使用运营时，其脱硝效率大于75%。在该脱硝装置投入运营2000h之后，笔者对该SCR脱硝装置的运行性能，以及脱硝喷氨优化调整SCR设备进行深入研究与分析。

2.2 SCR脱硝喷氨优化调整

对装置进行SCR脱硝脱氨优化调整，主要在80%、100%以及60%BMCR负荷的状态之下开展。首先在超临界机组正常负荷运转的状态下开展测试，根据机组SCR脱硝装置的设计参数，将其工作效率设定为75%，与此同时针对脱硝反应器的进口和出口进行NOX浓度和氨逃逸浓度进行测量[2]。其次需要通过前期的测量明确NOX浓度和氨逃逸浓度的具体分布情况，根据其分布对现有设备装置的喷氨支路管道进行氨阀开度方面的调节，在调节中可以用用手动调节的形式，对支流管道中的氨流量进行重新合理配比，在手动调节氨阀开度时要首先蒸。对SCR反应器的宽度方向等进行粗略的调整，并针对反应器深度方向开展精细化调整，以全面提高SCR脱硝喷氨优化调整效果。在进行支管氨阀的开度调节时，需要交反应器的NOX浓度和氨逃逸浓度情况作为衡量开度的重要要素，要保证其与标准值偏差小于20%[3]。

2.3 优化调整效果

火力发电站超临界机组SCR脱硝喷氨优化调整之后，对调整效果进行评价的最优角度在于脱硝的效率，经测量得知，此次优化调整效果良好，相比之前的NOX浓度和氨逃逸浓度情况已明显降低。但是在SCR脱硝反应器出口位置存在氨逃逸浓度相近的问题时，其整体脱硝性能会出现提高的现象。除此之外，与刚刚投入使用的SCR脱硝装置相比，此次研究中的设备装置已经运行了20000h，设备的整体性能以及脱硝性能已经出现下降的趋势，这主要是因为装置内部催化剂在脱硝活性方面出现了降低，催化剂受到设备运行的影响，出现积灰时间延长的问题，特别是机会中各类重金属元素能够与催化剂中的脱硝活性物质进行结合，导致催化剂出现中毒，难以发挥良好的脱硝性能和作用。

3.SCR脱硝喷氨优化与运行控制综合因素分析

3.1 调整反应器出口的NOX浓度

在针对SCR脱硝设备反应器出口浓度进行调整时中，可以通过两种途径进行实现，首先可以降低其入口处的NOX浓度效果，例如可以采取低氮燃烧技术，真正实现从源头出发，减少NOX的生成和影响，另一方面需要确保SCR脱硝设备的工作效率和脱硝性能能够同步提升，促进催化剂充分发挥作用，并在催化剂可以承受的范围之内，合理增加喷氨量，以此提高脱硝入口的摩尔比情况。

3.2 调整反应器入口的NOX浓度

在调整和降低整反应器出口的NOX浓度方面主要可以采取3种方式。首先可以应用低氮燃烧器进行设备运转，火力发电厂的超临界机组在运行过程中，专业用于煤粉燃烧的燃烧器需要广泛应用低氮燃烧技术，例如可以实施分级燃烧、旋流燃烧、富氧燃烧等多种燃烧形式，应用低氮燃烧器能够有效降低锅炉燃烧过程中烟气的NOX浓度情况，甚至可以在原有排放浓度的基础上最多降低50%左右。应用低氮燃烧器可以将脱硝反应器入口的NOX浓度进行有效降低。其次可以调整锅炉配风方式，确保能够科学合理的还原燃烧氛围，在锅炉作用期间当其他物质转化为NO的时候会对炉膛中的空气性因素产生相对敏感的感知，因此可以在煤燃烧的过程中建设富燃料区，以确保相关燃料能够充分转化为挥发分氮，并在此基础上促进挥发分氮还原为分子N2。通过此人方式能够降低主燃烧区的温度，但是燃烧炉膛的出口位置温度会明显增高，使得NOX的排放浓度较之以往会有所降低。但是也要注意如果火力发电厂所应用的燃烧锅炉为前后墙对冲的燃烧方式，则要充分考虑其燃烧温度以及局部区域为富养燃烧的主要特点，此类锅炉同时兼具了燃料型和热力型两种类型的NOX生成条件，这也使得针对脱硝反应器入口NOX浓度控制的难度变得越来越高，脱硝喷氨优化调整相关工作受到阻碍。最后可以通过控制风量和氧量，达到降低反应器入口NOX浓度的调节作用。因为在设备和燃烧过程中，NOX的生成情况与燃烧炉膛内氧的浓度联系紧密，NOX的生成浓度情，与炉膛出口的空气系数始终呈现出正比的分布态势，因此为了减少NOX的浓度，可以应用先进的燃烧器，以达到降低NOX的目的，在此类先进设备运行过程中，能够时刻根据氧量变化调节NOX的排放浓度，因此可以有效减少风量，降低炉膛内的氧含量，不仅能够降低NOX的浓度，同样也能减轻催化剂的负担，延长催化剂的使用寿命。

3.3 提升设备的脱硝效率

SCR脱硝喷氨优化调整过程中主要以液氨作为主要还原剂，在脱硝效率提升方面也主要通过增加供氨量来进行解决，在增加供氨量方面可以适当增大氨阀的开度，提高还原剂的稀释比。由于此类操作能够应用现代的自动化控制手段开展远程控制，这也使得调节氨阀开度成为设备脱硝运转过程中相对繁琐的调节手段和举措。但也要特别注意，一味地增加供氨量以提高设备的脱硝效率，此种举措难以一以贯之，同样也需要受到催化剂以及氨逃逸浓度的影响与限制。因此在开展SCR脱硝喷氨优化调整时，可以对各个支管的氨流量进行科学合理的分配，以此作为调节和降低NOX浓度的重要举措，同时也能降低氨逃逸浓度，在氨使用量方面也能有所节约和降低。

3.4 科学配置混烧煤种

因为不同的煤种在进行燃烧之后会产生不同浓度的NOX，例如褐煤、贫煤、无烟煤等NOX浓度差异明显。我国有些地区的发电厂的燃煤来源并不稳定，这也导致在实际发电过程中存在同一台锅炉需要进行多种类型煤进行混淆的问题，也会造成实际燃煤效果与锅炉设备的脱硝设计相差较大，原有设计中煤种大多相对稳定，特别是在煤中灰分以及其他微量元素出现偏高问题时，会直接影响SCR脱硝装置的运行性能，甚至会对锅炉的正常运转造成严重的负面影响，因此在锅炉应用期间要综合配置混烧煤种，避免其与SCR脱硫装置出现不匹配的问题。