脫硝出口與總排口氮氧化物濃度“倒掛”問(wèn)題淺析

引言

近年來(lái)由于我國(guó)霧霾天氣愈發(fā)嚴(yán)重，國(guó)家和地方政府加大控制煙氣排放污染物力度，提出一系列史上最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。早在2011年7月發(fā)布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）中，對(duì)不同地區(qū)、不同燃煤機(jī)組的NOX排放進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定，其中重點(diǎn)地區(qū)排放標(biāo)準(zhǔn)要求氮氧化物≤100mg/Nm3。2014年9月國(guó)家三部委又下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2016-2020年）》，要求到2020年，現(xiàn)役60萬(wàn)千瓦及以上燃煤機(jī)組、東部地區(qū)30萬(wàn)千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組、10萬(wàn)千瓦及以上自備燃煤發(fā)電機(jī)組及其它有條件的燃煤發(fā)電機(jī)組，改造后大氣污染物排放濃度要求基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，即煙塵≤10mg/Nm3、SO?≤35mg/Nm3、氮氧化物≤50mg/Nm3。這就對(duì)脫硝裝置的達(dá)標(biāo)排放提出了更高的要求，目前已經(jīng)投運(yùn)的SCR脫硝出口、總排口都設(shè)置有CEMS在線監(jiān)測(cè)儀表，其中總排口的CEMS在線測(cè)量數(shù)據(jù)上傳至當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)。

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，也逐漸暴露出一些較為普遍的問(wèn)題，如：煙氣流場(chǎng)分布均勻性、流速和煙溫控制、AIG噴氨分配、催化劑性能、CEMS在線測(cè)點(diǎn)布置等，影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也給節(jié)能減排工作帶來(lái)困難。

本文通過(guò)對(duì)某廠2號(hào)機(jī)組脫硝運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生的SCR出口與煙囪入口測(cè)量NOx濃度值“倒掛”問(wèn)題（即總排口測(cè)量值大于SCR出口測(cè)量值產(chǎn)生的偏差問(wèn)題）進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，便于發(fā)電企業(yè)及時(shí)排查問(wèn)題來(lái)源，優(yōu)化脫硝系統(tǒng)的日常運(yùn)行管理。

概述

1系統(tǒng)概況

某廠2號(hào)機(jī)組為660MW超臨界直流燃煤機(jī)組，脫硝系統(tǒng)采用低氮燃燒和選擇性催化還原法(SCR)工藝，高含塵布置，即SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出和空氣預(yù)熱器之間，不設(shè)旁路系統(tǒng)，還原劑為液氨。設(shè)計(jì)入口NOx為250mg/m3，脫硝裝置安裝了備用層催化劑，即目前為“2+1”層催化劑。

2系統(tǒng)控制遇到的主要問(wèn)題

1）、脫硝出口濃度分布均勻性、氨逃逸

在570MW負(fù)荷下，脫硝A、B側(cè)出口各測(cè)孔不同深度NOx濃度和氨逃逸量差別較大，如圖1所示。

圖1 脫硝A側(cè)出口NOx濃度分布（570MW）

圖2 脫硝A側(cè)出口氨逃逸分布（570MW）

由圖1、圖2可知，脫硝A側(cè)出口各測(cè)孔NOX濃度分布均勻性差，NOx濃度相對(duì)平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為52.8%（其中，部分測(cè)孔的深度3處NOx濃度非常大，且對(duì)應(yīng)的噴氨支管原始開(kāi)度均處于最大狀態(tài)，優(yōu)化調(diào)整過(guò)程中，無(wú)法對(duì)測(cè)孔的深度3處NOx濃度進(jìn)行調(diào)平，初步判斷造成這種現(xiàn)象的原因是對(duì)應(yīng)的噴氨支管堵塞）。氨逃逸平均值為4.9ppm，且多數(shù)測(cè)孔氨逃逸濃度均超過(guò)設(shè)計(jì)值2.5ppm。

脫硝B側(cè)出口NOx濃度及氨逃逸分布見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 脫硝B側(cè)出口NOx濃度分布（570MW）

圖4 脫硝B側(cè)出口氨逃逸分布（570MW）

由圖3、圖4可知，脫硝B側(cè)出口各測(cè)孔NOx濃度分布均勻性差，NOx濃度相對(duì)平均標(biāo)準(zhǔn)偏差為78.0%，氨逃逸平均值為2.9ppm。

2）、空預(yù)器壓差

該廠2號(hào)機(jī)組于2016年12月完成超低排放改造，脫硝系統(tǒng)新增一層催化劑。2017年11月，2號(hào)機(jī)組氨耗量逐漸增大，空預(yù)器壓差也有上升的趨勢(shì)，2018年1月初，560MW工況條件下，A、B側(cè)空預(yù)器壓差分別上升至1.8KPa、2.5KPa。

經(jīng)噴氨優(yōu)化調(diào)整后，空預(yù)器壓差變化如圖5所示。

圖5 空預(yù)器壓差變化（2018.01.08-2018.01.19）

從圖5可以看出（紅色代表機(jī)組負(fù)荷，藍(lán)色代表A側(cè)空預(yù)器壓差，綠色代表B側(cè)空預(yù)器壓差），通過(guò)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，使得氨逃逸濃度、空預(yù)器壓差得到明顯的降低，其中A側(cè)空預(yù)器壓差由1.8Kpa降至1.2Kpa，B側(cè)由 2.5Kpa降至 1.8Kpa（560MW負(fù)荷），有效解決了空預(yù)器壓差大的問(wèn)題。

3）、倒掛

目前脫硝裝置運(yùn)行中脫硝出口與總排口氮氧化物濃度存在偏差，SCR反應(yīng)器出口NOx濃度均值較煙囪總排口NOx數(shù)值偏低10-15mg/m3，導(dǎo)致氮氧化物濃度產(chǎn)生 “倒掛”問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)比某一天脫硝以及脫硫CEMS在線數(shù)據(jù)，脫硝A、B側(cè)出口均值較脫硫出口低12mg/m3，如圖6所示。

圖6氮氧化物濃度分布曲線

3原因分析

1）、在線表計(jì)問(wèn)題

電廠在脫硝反應(yīng)器入口、出口以及總排口均安裝有CEMS在線測(cè)量?jī)x表，便于對(duì)污染物排放的實(shí)時(shí)監(jiān)控，氮氧化物采用抽取法單點(diǎn)連續(xù)測(cè)量，并根據(jù)O2含量折算成標(biāo)況下數(shù)值。

通過(guò)標(biāo)氣對(duì)各測(cè)點(diǎn)CEMS裝置進(jìn)行校驗(yàn)比對(duì)以及使用已校驗(yàn)的便捷式煙氣測(cè)試儀（NOVA PLUS多功能煙氣分析儀）對(duì)CEMS裝置尾氣測(cè)量比對(duì)（差值為1-2mg/m3），排除CEMS在線儀表測(cè)量誤差造成的影響。

2）、脫硝出口截面NOX濃度分布均勻性差、測(cè)點(diǎn)布置問(wèn)題

脫硝使用的催化通道橫截面積過(guò)大，無(wú)法達(dá)到NOx、氧均勻分布，無(wú)法將催化還原反應(yīng)達(dá)到最大的結(jié)果。

根據(jù)上面脫硝出口NOx濃度分布數(shù)值可以看出，靠近煙道中心位置的NOx濃度較高，依次向兩側(cè)遞減，同時(shí)在同一測(cè)孔截面上不同深度的NOx濃度分布也不均勻，各測(cè)點(diǎn)不同深度的濃度值差異較大。

CEMS在線取樣點(diǎn)布置偏離煙道中心，且只有一個(gè)深度的測(cè)量值，代表性較差，在脫硝實(shí)際運(yùn)行中煙氣流場(chǎng)不能做到完全分布均勻，只有單點(diǎn)測(cè)量的CEMS數(shù)值是造成脫硝出口NOx濃度較總排口低（即倒掛）的主要原因。

3）、運(yùn)行控制方式

目前機(jī)組運(yùn)行中的脫硝控制方式普遍采用脫硝出口NOx濃度為控制點(diǎn)來(lái)保證氮氧化物濃度排放達(dá)標(biāo)，這種控制方式也會(huì)導(dǎo)致倒掛現(xiàn)象的產(chǎn)生。而且如果僅考慮SCR反應(yīng)器出口濃度的變化，而忽略SCR反應(yīng)器進(jìn)口NOx濃度過(guò)高，一味將出口濃度設(shè)定偏低的話，有可能會(huì)超出催化劑的脫硝能力，容易造成噴氨過(guò)量、催化劑提前失效、空預(yù)器堵塞等。

4解決方法

1）、調(diào)整NOx出口測(cè)點(diǎn)位置，增加在線取樣點(diǎn)，接近煙道截面中心位置有利于測(cè)量準(zhǔn)確，根據(jù)不同機(jī)組煙道截面位置不同，不能一概而論選擇定值進(jìn)行在線取樣點(diǎn)的安裝。

2）、定期對(duì)脫硫、脫硝的進(jìn)出口NOx濃度進(jìn)行比對(duì)，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，掌握機(jī)組脫硝系統(tǒng)出口、總排口斷面的NOx濃度分布情況，及時(shí)調(diào)整在線測(cè)點(diǎn)的位置或者儀表。

3）通過(guò)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，修正SCR反應(yīng)器出口NOx濃度值、改善NOx濃度分布均勻性，避免脫硝運(yùn)行中煙氣流場(chǎng)的不均勻分布，導(dǎo)致在線采樣點(diǎn)的CEMS示值誤差。

4）綜合脫硝效率和脫硝出口NOx濃度值因素，合理調(diào)整機(jī)組脫硝裝置的運(yùn)行控制。