烟气脱硝工程的热态调试分析

引 言
我国的能源结构以煤炭为主， 燃煤产生的氮氧化物(nox)是造成大气污染的主要污染源之一， 这种污染会形成酸雨， 还会导致光化学烟雾， 危害人类健康。电站锅炉是nox的排放大户。氮氧化物是主要的大气污染物之一，包括一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮、三氧化二氮、五氧化二氮等多种氮的氧化物，火电厂排放的氮氧化物由超过90%的no和小于10%的no2组成。
1 烟气脱硝系统工艺原理
气态氨由空气稀释到安全浓度(5%体积浓度)以下后，被注入省煤器出口(脱硝反应器入口)的烟道中，与一定温度下的锅炉烟气充分混合。充分混合后的烟气、空气及氨的混合物流经scr反应器中的催化剂层。在催化剂的作用下，烟气中的nox和氨在催化剂表面发生充分的化学还原反应，将生成n2和h2o，从而达到脱除烟气中nox的目的。
脱硝还原反应如下：


发生的副反应为：

本工程采用蜂窝式催化剂。催化剂的运行有一个最佳温度范围，当运行温度高于催化剂的最高温度限制时，陶瓷材质的蜂窝式催化剂将发生烧结和脆裂；当运行温度低于催化剂的最低温度限制时，则容易生成硫酸氢铵，生成的硫酸氢铵附着在催化剂表面将堵塞催化剂孔，从而导致催化剂活性降低，影响脱硝效率，并会影响下游锅炉空预器的性能。催化剂的最低温度与烟气中的nh3和so3的浓度有关，两者浓度越高，催化剂的最低温度限值越高。scr运行温度不得低于催化剂的最低温度限值，否则应停止喷入氨，停运scr装置。本工程催化剂的运行温度范围为330～450 ℃。
2 主要设备概况
云南滇东雨汪能源有限公司滇东第二发电厂2×600 mw机组2号烟气脱硝系统是由北京博奇公司设计并由北京博奇电力科技有限公司和北京巴威供货。该系统采用选择性催化还原法(scr)脱硝方案，系统布置于省煤器之后，空预器之前，属于高尘布置方式。还原剂为液氨经过蒸汽加热蒸发而成的氨气。系统主要的设备包括两个液氨存储罐、两台卸料压缩机、两个蒸发槽、一个废氨稀释槽及一些安全辅助设施等，脱硝系统入口设计烟气参数如表1所列。
3 设计工艺流程
本设计具有如下两个工艺流程：
流程1：液氨从储存罐→调节阀→蒸发器→储存罐→入口减压阀→缓冲罐→scr反应区调节阀→scr反应区
流程2：液氨从储存罐→液氨调节阀→蒸发器→减压阀→缓冲罐→scr反应区调节阀→scr反应区
流程1采用蒸发器将储存罐液氨加热到15℃，液氨从储存罐通过缓冲罐减压阀控制压力(0.3～0.4mpa)，scr反应区调节阀控制流量的方式运行。流程2则采用液氨经蒸发器加热通过液氨调节阀调节压力，减压阀控制氨气压力，scr反应区调节阀控制流量的方式运行。图1所示是高尘布置scr 反应系统的示意图。
实际上，上述设计工艺流程存在着一些缺陷。比如氨气逃逸测点未装，无法监视氨气逃逸测点；缓冲罐入口减压阀不能起到减压效果；核实scr反应区调节阀不能满足设计流量要求等。
4 调 试
投运前，先对各个喷氨格栅进行手动节流阀调整，以使每个喷氨格栅的氨气流量均匀，同时对氨气输送系统再次进行严密性检查，确认无泄漏后，开始试投运行。机组负荷在405mw，scr反应区a/b调节阀开度80%时，调节氨气供应压力，氨气压力与氨气流量的对应参数如表2所列。
根据表2，当氨气在设计压力0.24～0.45 mpa时，因scr反应区氨气调节阀设计为dn25，氨气压力在0.45 mpa且调节阀开度为80%时，供应氨气的最大流量为83.7 kg/h，其不能满足设计要求的氨气流量。
由于缓冲罐入口减压阀不能起到减压的效果，且scr反应区调节阀设计流量偏小，为了能增加电厂效益，及时投入脱硝系统，因此，笔者采用液氨从储存罐→蒸发器入口调节阀→蒸发器→减压阀→缓冲罐的运行方式，通过氨区蒸发器入口调节阀控制氨气压力，scr反应区调节阀旁路开一定的开度和调节阀共同调节控制氨气流量的方式运行，同时采取以下措施：
(1) 因反应区出口未设计氨气逃逸测点，控制脱硝效率在80%～90%之间，最高不超过90%，监视反应器出口so2的变化及空预器前后的压差，控制so2转化率小于1%。
(2) 由于氨气和空气混合后的体积分数为16%～25%时易引燃爆炸，控制氨气/空气体积之比在5%左右。
(3) 机组升、降负荷时，提前10 min调节蒸发器出口压力设定值，每次增减出力压力设定值为0.03 mpa，间隔10 min操作一次。控制脱硝效率不超过90%，如果蒸发器出口压力小于0.2 mpa且延时10 min后脱硝效率仍高于90%，可减小氨气调节阀旁路手动阀，直至脱硝效率在80%～90%之间。
(4) scr反应区氨气压力小于0.1 mpa会出现保护动作，从而关闭scr反应区氨气气动快关阀及跳蒸发器系统，因此，应控制scr反应区氨气压力不小于0.15 mpa，以防止保护动作。如果因压力低引起跳闸，应立即恢复系统，并启动蒸发器系统，按正常启动顺序控制氨气流量增加不超过40 kg/h，根据出口nox变化情况，每间隔10 min操作一次，防止氨气逃逸率偏大。
保证蒸发器蒸汽畅通，如果因温度低蒸发器跳闸，恢复蒸发器运行时，为了防止氨气温度与水温温差过大，每次应缓慢提升设定水温。
5 满负荷试运行及相关试验
脱硝系统进入整套启动及168 h运行，机组负荷在345～600 mw，可进行脱硝系统相关试验，脱硝效率在80%左右对喷氨格栅手动节流阀进行微调，并使每个喷氨格栅的氨气流量均匀。168 h运行控制脱硝效率在80%～90%，出口nox含量在100 ppm左右，各参数均在设计范围之内，可以达到设计要求。脱硝系统投运时，吹灰系统每天应吹扫2次以上，以保证反应器前后压差在控制范围之内。
满负荷试运期间，脱硝效率设定在80%。脱硝效率、氨气流量、催化剂的压差、空预器压差、反应器出口氮氧化物含量、氨气含量、氧气含量、蒸发器的水位和温度、缓冲罐的压力、液氨存储罐压力和温度、液氨的液位、稀释风机的电流和母管压力均在设计参数范围之内。其运行参数见表3所列。
6 结 语
实际运行时，在系统喷氨后，还要注意反应器出口的氨气浓度不能超过3 ppm，否则，要检查喷氨是否均匀，如有可能，还要测试反应器入口的烟气流场和氮氧化物分布流程，以个别地调整注氨格栅的注氨流量。如果短时间不能解决氨气浓度超过3 ppm的问题，那么，还需要降低脱硝效率，减少氨气的注入量。把氨逃逸率降低至允许的数值后，再查找氨逃逸率高的原因。只有把氨逃逸率高的问题解决后，才能继续增大氨气注入量，直到达到scr出口nox的设计参数。此外，还应注意以下事项：
(1) 检查并确认反应器出口的氮氧化物分析仪、氨气分析仪、氧量分析仪工作正常，测量准确。如有问题，要及时处理。
(2) 检查每个反应器的每层注氨格栅的氨气流量是否均匀，对流量不均匀的，要通过调整手动节流阀，来使同层注氨格栅的氨气流量均匀。
(3) 在scr的注氨投入后，要注意监视反应器进出口压差的变化。如果反应器的压差增加较大，与注氨前比较增加较多，则要注意增加催化剂的吹灰。
(4) 喷淋水的控制阀投入自动，注意监视液氨存储罐的温度和压力。如果温度或者压力超过高限，喷淋水阀门应自动打开，否则要手动打开喷淋水阀，以降低液氨存储罐的温度和压力。