超低排放形势下SCR脱硝系统运行存在问题与对策

北极星环保网讯:摘要：针对超低排放形势下选择性催化还原(SCR)脱硝系统运行过程中出现的NOx排放超限、空气预热器硫酸氢铵堵塞加重等问题,分析其主要与超低排放对SCR反应器中NH3/NOx分布的均匀性要求提高,SO2/SO3转化率升高,喷氨优化控制要求提高,最低喷氨温度升高及催化剂寿命管理更加复杂等有关.

对此,提出了通过喷氨优化调整和流场优化改造改善NH3/NOx分布均匀性,减少催化剂的用量及钒含量控制SO2/SO3转化率,降低脱硝系统入口喷氨量、SO3质量浓度或设备改造来拓宽低负荷脱硝运行范围,通过喷氨控制系统优化降低NOx排放超标及过量喷氨的风险,采取有效的催化剂寿命管理延长催化剂使用寿命、降低废催化剂产生量等解决方案.对实现燃煤电厂SCR脱硝系统的安全、高效及经济运行具有指导意义.

关键词：超低排放;脱硝;SCR;燃煤机组;NOx排放;硫酸氢铵;空气预热器堵塞;喷氨控制;SO2转化率

面对国内日益严峻的环保形势,国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局于2014年9月12日联合发布了“煤电节能减排升级改造行动计划(2014—2020年)”.该计划要求,“十三五”期间,火电厂大气污染物控制将全面实施超低排放,燃煤电厂排放的大气污染物质量浓度接近“燃气轮机组排放限值”,即烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放质量浓度分别达到10、35、50mg/m3限值[1].

当前,燃煤电厂实现NOx超低排放主要采用选择性催化还原(SCR)脱硝系统自身提效,或低氮燃烧(LNB)、非选择性催化还原(SNCR)与SCR技术的组合.实现NOx超低排放需要提高SCR脱硝效率,这通常伴随着NOx排放控制质量浓度降低、脱硝系统喷氨量和催化剂用量增加及SO2氧化率提高等.

因此,了解和掌握NOx超低排放下SCR脱硝系统运行的特点,采取有效措施减少其运行中出现的新问题,是实现SCR脱硝系统超低排放运行的关键[2].

1NOx超低排放存在新问题

燃煤电厂在现有SCR脱硝系统运行的基础上,通过提高脱硝效率(通常由目前的60%~80%提高到85%~95%)实现NOx超低排放的同时,可能会出现以下新问题:

1)SCR反应器在高效率下运行时,不仅需要增加催化剂用量,同时对脱硝系统入口NH3/NOx混合均匀性的要求明显提高;

2)增加催化剂用量,会造成催化剂的整体SO2氧化率提高,脱硝系统出口SO3质量浓度增大,加剧空气预热器硫酸氢铵堵塞的风险;

3)将NOx排放质量浓度控制到50mg/m3以内后,日常运行中脱硝系统出口NOx质量浓度波动范围可能在20~50mg/m3,需要避免NOx排放超标和防止过量喷氨;

4)SCR脱硝效率提高,通常会伴随着喷氨量的增加,由此会进一步提高脱硝系统的最低喷氨温度;

5)提高脱硝效率大多采用增加备用层催化剂的方案,从而改变了现有催化剂的设计寿命管理方案,需重新制定催化剂的寿命管理策略.

2问题分析及对策

2.1 NH3/NOx混合均匀性

SCR脱硝系统在较高的脱硝效率下运行时,氨氮摩尔比变化对脱硝效率和氨逃逸量的影响如图1所示[3].由图1可见,随着氨氮摩尔比增大,脱硝效率升高,氨逃逸量也逐渐增大,尤其当脱硝效率超过90%时,氨逃逸量增大的趋势明显加快,空气预热器形成硫酸氢铵堵塞的风险加大.

图1氨氮摩尔比变化对脱硝效率和氨逃逸量的影响

脱硝系统运行效果不仅取决于催化剂的性能,还与脱硝反应器内的流场优劣和NH3与烟气中NOx的混合均匀性关系密切.氨氮摩尔比分布偏差对脱硝性能的影响如图2所示[4].

图2氨氮摩尔比分布偏差对脱硝性能的影响

由图2可见,在催化剂体积量一定,脱硝效率为90%时,当脱硝系统入口氨氮摩尔比分布偏差为5%时,对应氨逃逸量在1μL/L以内;而当氨氮摩尔比分布偏差增大到12%时,对应氨逃逸量迅速增至5μL/L以上.

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