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燃氣電廠余熱鍋爐脫硝系統氨逃逸率高的原因分析
時間:2019-04-26 10:39:28

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摘要:燃氣電廠余熱鍋爐的脫硝系統在運行中容易出現氨逃逸率高的問題,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措施。

1 設備概況

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-蒸汽聯合循環機組,采用1套845MW級燃氣蒸汽聯合循環“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汽輪發電機。燃機發電機和蒸汽發電機組為分軸布置。

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公司技術生產的型號為UGSGT4000F-R,臥式、自然循環、三壓、再熱、無補燃、全封閉的燃機余熱鍋爐,設煙氣脫硝(SCR)裝置,每臺余熱鍋爐設置一個煙囪。主要由高、中、低壓汽包、過熱器、蒸發器、省煤器、再熱器、高壓給水泵、中壓給水泵、煙氣脫硝(SCR)、低壓省煤器再循環水泵、煙氣熱網水水換熱器、連續排污擴容器、定期排污擴容器及輔助設備等組成。

1.3 脫硝系統概況

SCR系統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,干基)。

(6) 氨的逃逸率:10ppm。

SCR系統主要由氨水供給單元、氨水蒸發器、噴氨柵格AIG和催化劑層組成。主要設備有稀釋風機(1運1備)、氨水蒸發器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,在反應條件改變時還可能發生以下副反應:

4NH3+5O2→4NO+6H2O

2NH3→N2+3H2

4NH3+3O2→2N2+6H2O

發生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構和表面積。一般來說,對于選定的催化劑,結構越簡單、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系統的運行。但是,考慮綜合效率問題,并不是采用設備的極限溫度,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 煙氣在反應器內的空間速度

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

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反應塔內的停留時間的大小??占淥俁鵲拇笮∪【鲇詿呋戀慕峁?,決定反應的徹底性,也就對SCR系統的效率有所影響。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

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

(1)脫硝系統煙氣流場不均勻,導致脫硝系統局部噴氨量過大,氨逃逸率升高;

(2)催化劑中毒,催化劑反應性能下降,使得脫硝系統噴氨過量;

(3)機組長時間在低負荷運行,SCR系統入口煙溫偏低,導致反應轉化比例偏低,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,對脫硝系統的氨逃逸率必須加以控制,防止氨逃逸率過高??刂瓢碧右萋實拇朧┯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計值或不能滿足環保排放要求時,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數據的準確性,為運行人員提供可靠的調整依據。

(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系統出口差壓的監視,發現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要求范圍內。

(6)嚴格控制脫硝系統進口煙氣溫度,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)調整稀釋風機出力,保證稀釋風機出口壓力滿足脫硝系統運行需求。

7 結語

目前,環保壓力越來越大,各電廠企業都非常重視環保工作。脫硝系統氨逃逸率增大是燃氣電廠余熱鍋爐運行中經常遇到的問題,氨逃逸率控制不好將直接影響正常的安全生產。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,經濟損失巨大。所以,做好余熱鍋爐脫硝系統的安全生產工作有著重大的意義。


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