火电厂脱硝SCR区喷氨的原理是什么 现存哪些问题如何解决

SCR脱硝基本原理

燃煤电厂锅炉产生的NOx主要来源于燃料型NOx和热力型NOx。根据NOx生成机理,控制NOx的技术主要包括燃烧时尽量避免NOx的生成技术和NOx生成后的烟气脱除技术。SCR技术是应用最为广泛的烟气脱硝技术,采用NH3作还原剂,烟气中NOx在经过SCR反应器时,在催化剂的作用下被还原成无害的N2和H2O。烟气中的NOx主要有NO和NO2,其中NO占95%左右,其余的是NO2。

要实现高效率脱硝,喷氨流量的控制至关重要。若喷氨量超过需求量,则NH3氧化等副反应的反应速率将增大,降低NOx的脱除效率,同时形成有害的副产品,即硫酸铵(NH4)2SO4和硫酸氢铵NH4HSO4,加剧对空气预热器换热元件的堵塞和腐蚀;若喷氨量小于需求量,则反应不充分,造成NOx排放超标。由于喷氨量主要由氨流量调节阀控制,因此为保证脱硝出口NOx排放浓度满足环保要求,控制氨逃逸率低于3×10-6mg/m3,提高脱硝系统喷氨自动控制的品质尤为重要。

水解区侧来的氨气首先进入氨气计量及调节模块,对氨气流量进行调节,然后与蒸汽加热后的稀释风混合均匀后,通过喷氨格栅喷入烟道内与锅炉烟气混合,最后在催化剂的作用下将NOX还原分解成无害的氮气(N2)和水(H2O)。在机组运行时,通过网格法手动测量SCR出口烟道多点NOX含量,然后手动设定喷氨管道支管蝶阀开度。

采用氨气流量串级调节控制。反应器后烟气中NOX的浓度水平要求不超过50mg/m3,该数值预先作为主控制器的设定值。反应器后烟气单点NOX浓度作为实际测量值反馈给主控制器。通过测量反应器前烟气NOX浓度,计算喷氨需要的氨气流量,通过副控制器调节氨气气动调节阀开度。整个控制系统需满足锅炉负荷工况在30%~100%之间变动的脱硝要求。

喷氨自动控制影响因素分析及优化

初始逻辑设计虽然采用了较为经典的控制策略,但是设计不完善,没有考虑更多的细节,同时由于PLC实现复杂的模拟量控制较为困难,所以脱硝喷氨自动一直无法正常投入,长时间依靠运行人员手动调节,在负荷变化较大时,脱硝出口NOx质量浓度得不到及时有效地控制,严重影响了NOx的达标排放。为解决该问题,使喷氨自动能够有效投入,达到良好的调节品质,全面分析喷氨自动控制的影响因素,并对现有喷氨自动控制进行优化改造。

a.系统延迟性。由于脱硝反应系统及取样测量系统的延迟性,使喷氨自动控制系统被控对象的响应延迟时间在2~3min,是典型的大滞后被控对象,这意味着喷氨调节阀动作后,出口NOx需要一段时间才会有变化,这使得调节的及时性受到制约。

b.入口NOx含量波动大。受燃烧调整、煤质变化、负荷变化频繁及启停磨等影响,脱硝入口NOx质量浓度变化大、变化快,由于脱硝反应区入口到出口的距离短,喷氨反应有一定的时间滞后,所以反应就不完全,出口NOx也会相应快速上升,导致超调。

c.NOx测量数值异常。脱硝烟气自动监控系统(CEMS)取样采用直抽法,系统处于负压状态,若取样管路有泄漏,氧量测量就会失准,导致经过氧量折标的NOx质量浓度异常;取样探头及管线堵塞,取样流量消失,分析仪表报故障,会使NOx数值失准;分析仪表吹扫/标定期间,NOx数值将保持不变,这些都会影响喷氨自动控制。

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