火電廠SNCR與SCR混合脫硝工藝的優化運行

李 立（西安市電廠東路某廠,西安 710038）

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火電廠SNCR與SCR混合脫硝工藝的優化運行

李 立
（西安市電廠東路某廠,西安 710038）

摘 要：本文首先介紹了某廠新改造的選擇性催化還原脫硝工藝（SCR）和選擇性非催化還原脫硝工藝（SNCR）混合工藝法脫銷系統，作為西北首例采用此種脫硫工藝的電廠，介紹了其優越性、基本原理及可能存在的問題。同時從一次典型的因為脫硝系統的不正常運行引起的空預器堵塞事故談起，針對當時的運行情況進行取證分析，得出造成事故的原因,進而根據脫硝系統的運行特點對現行的脫硝系統建立動態模型，充分考慮燃燒時的各種變量對于脫硝系統的影響，本著兼顧經濟性和安全性的原則，分別對各種擾動對于脫硝效率以及氨氣逃逸率的影響進行的比較深入地探討，得出相關擾動對于脫銷系統整體反應的影響的程度。從而提供了一種對于脫硝運行的分析手段和方法，并對于脫硝系統的運行提出一系列整改措施，取得了很好的效果，顯著地改善了脫硝系統的運行狀況 ，極大地延長了空預器因為脫硝系統運行造成堵塞的周期，減少空預器沖洗次數。使得機組運行的經濟性及安全性均有明顯改觀。對其他電廠脫硝系統的經濟及安全運行有廣泛借鑒和指導作用。

關鍵詞：脫硝；動態模型；空預器堵塞；安全性

1 某廠脫硝工藝簡介

為了滿足某廠擴建工程#1、#2機組節能環保要求，降低煙氣中NOX物的排放濃度，某廠于2011年3月起開始對300MW機組施行脫硝裝置建設改造。

SNCR反應的基本原理：[1]

在800～1250℃范圍內，尿素還原NOx的主要反應為：

SCR裝置脫硝反應原理——煙氣和氨與稀釋水的混合物在經過SCR裝置的蜂窩式催化劑層時，煙氣中的NOx和NH3、空氣中O2發生化學反應，生成無污染的N2和H2O。其反應方程為：

此次改造是西北首例采用SCR與SNCR混合工藝法脫硝作為脫硝工藝的電廠，但是采用混合工藝的缺點卻在于：選擇性非催化還原脫硝工藝（SNCR）要求大量的尿素噴入，對于集控運行的控制難度加大，具體體現在如果不能及時根據燃燒變化及時調整尿素噴入量，就會有過多的尿素溶液噴入，在煙道尾部遇到硫氧化物在一定的條件下就會形成硫酸氫氨晶體沉淀，堵塞尾部煙道，輕則使得煙氣流通受阻，尾部煙道阻力增大，引風機效率下降；重則直接使得空預器結晶堵死，造成鍋爐半邊甚至完全停運。

2 從空預器堵塞現象談脫硝系統運行面臨的問題

2.1 空預器堵塞事故現象

某廠1號機組，鍋爐系統采用尾部煙道布置的三分倉空氣預熱器系統，2011年9月17日前后，空預器運行中發現運行中尾部煙道B側空預器前后差壓持續增大，包括一次風風道，二次風風道以及煙氣通道前后差壓持續增大。1號爐被迫分別進行A、B側的單邊運行，對空預器進行沖洗，之后每間隔數月就會發生空預器差壓不斷增大接近臨界值的情況，以某次堵塞前的統計數據為例，扣除負荷變化對于空預器前后差壓的影響，僅僅取每天中午13：00機組負荷基本固定時圖紙進行統計，可見空預器差壓變化長期趨勢如圖2.1。

由于最早空預器一次風壓差測點量程只能達到2.0，因此最后三天實際測量值是超過2.0的，自此，引起了運行人員的高度重視，并向上匯報。同時發現A、B側引風機出現喘振，A、B側一次風機出現搶風現象，結合圖一的空氣預熱器前后差壓增大的現象，推斷為空預器堵塞，遂停止B側空預器尾部煙道運行，1號路倒半邊運行，對空預器進行清灰處理。在清理過程中，清理出質地堅硬物體如圖2.2：經外送化驗主要成分為飛灰和硫酸氫氨形成的混合物。

2.2 堵塞事故原因分析

硫酸氫銨（NH3HSO4）只有在低溫下才能形成，并且形成需要有一個過程，經過論證在300℃以下是最容易形成。據此推斷，空預器中硫酸氫氨的形成大約在300℃的SCR反應的催化劑后部，而在空預器前半部分形成結晶沉淀。造成了空預器的堵塞，而對于空預器的清洗過程證實了這一推斷。

事故原因有三：

2.2.1 長期低負荷運行

由于正值夏秋季，為滿足調峰的要求，在夜晚用電低谷機組負荷往往減至150MW（50%負荷），從而使得爐膛燃燒不足，空預器前部溫度不足，經查證在300度以下可以發生如下反應反應

導致硫酸氫銨大量沉積，如圖2.3，即為空預器前溫度每隔4小時可看出當時的120小時連續變化統計圖，可見在晚低谷時空預器進口溫度較低，無法保證300℃以上的安全溫度，從而導致了產生硫酸氫銨反應的產生。

2.2.2 當時入爐煤質中硫分過大

由于當時正值迎峰度夏任務中，電煤比較緊缺，而且入爐煤質普遍較差，同時表現在入爐煤硫分偏高，基于的反應，為尾部煙道產生了大量的SOX，從而為硫酸氫氨的產生提供了可能。

2.2.3 運行人員經驗不足，忽視調整，對氨逃逸沒有防范意識

由于當時的運行人員對于脫硝系統的運行缺乏經驗，對于氨逃逸率沒有清晰的概念，同時更對硫酸氫銨的形成和危害沒有防范意識，因此，常常忽視氨逃逸率這一重要脫硝運行參數，致使氨逃逸率超標，具體體現在當負荷降低時，氮氧化物的生成降低，所需尿素量減少，但是當時的運行人員并未有意識地及時調整尿素噴射量，如圖2.4，可見在夜晚低負荷時氨逃逸往往超標。與此同時，在負荷降低時，空預器前溫度降低至300℃以下，正好促成產生硫酸氫銨的這一反應：

3 事后采取的優化運行措施及運行情況

3.1 采取的優化運行措施

為保證脫硝系統的安全、穩定運行，并且給予以上對脫硝系統模型的討論，特制定以下技術措施[5]，并且隨著脫銷運行經驗的不斷積累，逐步完善。

（1）機組運行時，在DCS盤面嚴密監視空預器出入口空氣與煙氣側差壓，一旦出現增大趨勢時，要空預器吹灰次數加倍，并做記錄，保證乙炔吹灰系統處于良好備用狀態。

（2）對空預器吹灰系統進行改造，增加空預器高溫高壓蒸汽吹灰系統，利用鍋爐來的高溫高壓蒸汽，物理上對空預器上積存的硫酸氫銨及其粘結的灰塵進行沖洗清掃，同時通過高溫高壓蒸汽對硫酸氫銨的化學裂解作用，將硫酸氫銨進行分解。

（3）對鍋爐空氣動力場進行優化和調整，檢測鍋爐兩側煙道各運行情況，發現不一致的情況及時調整，保證鍋爐兩側煙道煙氣流量及各參數均勻，避免因為出現煙氣偏斜造成兩側煙道脫硫運行工況不一致造成了單側氨氣逃逸率偏大堵塞空預器，

（4）嚴格執行規程中關于空預器冷端綜合溫度的規定。制定技術規范，空預器冷端綜合溫度不得低于145℃，以防止硫酸氫銨在空預器冷端低溫段聚集，當環境溫度降低，排煙溫度低時，應及時投入暖風器系統運行運行。

（5）嚴格控制空預器進口氧量，規定為負荷在200MW以下時空預器入口氧量不得超過4.5%，負荷在200MW以上時空預器入口氧量不超過4%，但是不低于3.04%。

（6）對SCR出口煙溫嚴格控制，盡量爭取負荷，保證SCR出口溫度不小于300℃時，如果接近300℃，立即無條件停止SNCR運行。

（7）積極利用停爐超過3天的機會對空預器進行沖洗，盡量減少空預器附著物。

（8）嚴密監視SCR出口逃逸率，當檢測到出口氨氣逃逸率大于2.0ppm時，無條件降低尿素噴量，從而控制氨氣逃逸率在合理范圍。

3.2 優化運行后脫硝系統的運行情況

在針對空預器堵塞現象進行了分析和探討，并制定了相關的安全技術措施后，1號機組脫硝系統穩定運行，2號機組脫硝自2011年12月投運以來亦穩定運行。

圖4.1為某次沖洗后每隔三天的的12：00取的1號機組鍋爐空預器一次風側差壓的變化值，可以看到，變化趨勢基本平穩，并未出現明顯的整體增長趨勢，同時，可見空預器電流擺動并無異常報告，表明空預器的回轉負荷并未增加，運行情況良好。

由于采取積極措施，避免了機組停運或者半邊運行進行處理的情況，針對脫銷系統投運之初的機組運行情況以及其他同類型電廠的因故停運的經驗，按照一年之內一次停機清理空預器及并一次倒半邊運行清理計算，避免的損失及產生了收益簡單計算如下：

（1）每年避免了四次沖洗的人工費用和材料費用2×2×5萬＝20萬圓；

（2）每年避免兩次次非停考核費用2×10萬＝20萬圓；

（3）每年避免兩次非停及兩次半邊運行少發電量損失（電量利潤按0.11圓）2×3×24×0.11×28萬+2×3×24×0.11×13＝590.1萬圓；

（4）每年保守估計節支總計20+20+590.1＝630.1萬圓。

參考文獻：

[1]大唐某廠脫硝系統規程[S].修訂版,2011(01).

[2]大唐某廠脫硝系統圖[S].2011(01).

[3]某廠2×300MW＃1機組脫硝裝置整套啟動調試報告[R].2011(09).

[4]游文章.基礎化學[M].化學出版社,2010,1(20):78-82.

[5]大唐某廠脫硝運行技術措施[M].2011(10).

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.169