降低330MW 機組脫硝CEMS 故障次數(shù)探究

馬 強 孔永祥

（重慶航天職業(yè)技術(shù)學院，重慶400021）

伴隨著科學技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，我國經(jīng)濟發(fā)展的主要能源逐漸被電力相關(guān)所替代。新修訂的《GB 13223-2011 火電廠大氣污染物排放標準》[1]頒布實施后，要求在用火電廠于2014-07-01 前完成煙氣脫硝改造工作。現(xiàn)目前，我國主要的發(fā)電方式是火力發(fā)電，火力發(fā)電占了整個電能裝機容量的百分之七十多[2]。正是由于火力發(fā)電的盛行，如果不及時采用高效的工業(yè)技術(shù)和手段對火力發(fā)電廠的排放物進行有效控制，任由其排放到大氣當中，將會對人類的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生不可估量的影響。為了減輕這種影響，也為了給人類能夠留下一片美好的生活環(huán)境，必須采用更加先進的技術(shù)使煤得到充分的燃燒，采用更有效的脫硫脫硝等環(huán)保設(shè)備和技術(shù)來降低尾氣中的有害氣體[3]。選擇性催化還原(SCR)法脫硝技術(shù)是目前我國火電企業(yè)應用最為廣泛的一種鍋爐煙氣脫硝技術(shù)，也是國際上火電企業(yè)使用的主流技術(shù)，我國已經(jīng)投運和在建的火電廠煙氣脫硝裝置，大多采用的是SCR 脫硝裝置[4]。本課題針對某公司2 ×330 MW 機組中的#1、#2 爐4 套脫硝煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)實際運行過程中出現(xiàn)的故障分析原因，提出合理化的調(diào)整，降低脫硝系統(tǒng)的故障次數(shù)。

1 選擇性催化還原法概述

選擇性催化還原法指的是在催化劑的催化作用下，還原劑（NH3、液氨、尿素）與煙氣中的氮氧化合物選擇性地發(fā)生氧化還原反應，最后生成對環(huán)境無毒無害的氮氣和水。主要的化學反應式如下：

如果沒有催化劑的催化作用，上述的這些反應只能在很局限的溫度范圍內(nèi)（850～1100℃）發(fā)生，催化劑的作用是使煙氣中的反應活化能下降，可以在比較低的溫度下（300～400℃）發(fā)生化學反應。然而選擇性催化還原法是在催化劑的催化作用下，使得氨氣優(yōu)先選擇與尾氣中的氮氧化合物發(fā)生化學反應。

傳統(tǒng)的選擇性催化還原法工藝流程是：液氨通過灌裝車運到氨站，以液體狀態(tài)存在氨罐中，通過蒸發(fā)器使液氨變成氣態(tài)，汽化后的氨氣被空氣稀釋，通過噴氨格柵噴入到上游的煙氣中，充分混合均勻后在催化劑的作用下發(fā)生化學反應，從而去除煙氣中的氮氧化合物。

選擇性催化還原法的運行步驟如下：

（1）還原劑氨的儲備；

（2）液氨通過蒸發(fā)器蒸發(fā)成汽態(tài)與空氣混合稀釋；

（3）混合后的氣體被噴氨格柵噴入到上游的煙氣中；

（4）混合后的氣體在催化劑的催化作用下發(fā)生化學反應。

圖1 SCR 原理圖

選擇性催化還原法除了上述的一些設(shè)備外，還有其他輔助性的設(shè)備：選擇性催化還原法反應器的出入口管路系統(tǒng)，旁路系統(tǒng)，吹灰裝置，省煤器旁路管路系統(tǒng)，以及增加脫銷裝置后的尾部引風機。

圖2 SCR 裝置布置示意圖

為了更好的監(jiān)測脫硝系統(tǒng)運行中NOx實時濃度，該廠采用西門子U23 分析儀對煙氣進行采樣分析，實時向政府環(huán)保部門傳送排放煙氣數(shù)據(jù)，并為運行人員操作提供數(shù)據(jù)支持。

2 脫硝CEMS 系統(tǒng)運行中存在的不足

2020 年該廠#1、#2 機組4 套脫硝煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)故障報警，全年累計出現(xiàn)158 次，平均每個月13 次之多。由于系統(tǒng)發(fā)生故障后，分析儀停止運行，運行人員無法監(jiān)視脫硝出入口煙氣的NOx濃度，影響工藝操作，無法精細控制噴氨量，一方面稍有不慎煙囪出口排放NOx濃度超標，造成環(huán)保事故，另一方面噴氨量過大造成空預器飛灰與硫酸氫銨（NH4HSO4）結(jié)垢堵塞，嚴重時影響鍋爐負荷，降低鍋爐效率。

3 脫硝CEMS 系統(tǒng)故障原因分析

針對出現(xiàn)的故障，通過查數(shù)據(jù)、找資料，查閱了缺陷記錄、運行日志及歷史曲線。對2020 年1 月-2020 年12 月，#1、#2 爐脫硝CEMS 系統(tǒng)的缺陷及處理情況進行了調(diào)查、分析，引起脫硝CEMS系統(tǒng)故障率高的主要原因：（1）吹掃管路存在設(shè)計缺陷，現(xiàn)場吹掃管進口安裝在過濾器前端，吹掃氣源經(jīng)過過濾器后，壓力降低。過濾器后取樣管至取樣點處的積灰未完全吹掃，導致取樣管后段積灰堵塞；（2）參數(shù)設(shè)置不當，吹掃周期過長，因吹掃周期過長導致采樣管路中積灰嚴重，吹掃不徹底，造成管路堵塞。

4 優(yōu)化方法

針對2020 年1 月——2020 年12 月，#1、#2 爐脫硝CEMS系統(tǒng)故障分析得出的兩個要因，對吹掃頻次和吹掃管路進行優(yōu)化改造：

4.1 將原自動吹掃周期由6 小時修改為3 小時。

圖3 改造前U23 分析儀設(shè)定吹掃周期

圖4 改造后U23 分析儀設(shè)定吹掃周期

4.2 在采樣探頭后部，過濾器后開孔，在原吹掃管路上加裝三通，引一路氣源至新孔吹掃探頭后段，并在此氣路加裝常閉電磁閥，防止正常運行時樣氣未經(jīng)過濾進入取樣管，污染管路，正常吹掃時過濾器與探桿同時吹掃，減少積灰堵塞。

圖5 采樣探頭后部改造前

圖6 采樣探頭后部改造后

5 優(yōu)化效果

通過以上方案的實施，取得的效果也是非常明顯的，脫硝CEMS 系統(tǒng)故障率明顯的降低，通過2021 年1 月份的觀察對比由原來的平均13 次/月降為現(xiàn)在的平均2 次/月。改造前故障次數(shù)為158 次/年，改進后故障次數(shù)降為24 次/年，完成設(shè)定目標值32 次/年，大大降低了故障次數(shù)。

結(jié)束語

對SCR 脫硝系統(tǒng)運行特性進行深入分析，降低CEMS 脫硝系統(tǒng)故障率，保證后續(xù)設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行，減少了發(fā)電運行成本，為今后更好的滿足國家環(huán)保要求、控制運行成本積累了寶貴經(jīng)驗[5]。