全负荷脱硝氨逃逸率与SO3转化率的变化.docx

全负荷脱硝氨逃逸率与SO3转化率的变化全负荷甚至全过程脱硝是燃煤电厂的必然趋势。以 330MW亚临界机组为对象，通过40%100%全负荷试验，并在 50%负荷时切除高压加热器，以在烟气流量不变的情况下降 低烟温，研究负荷与烟温对氨逃逸率和S03转化率的影响。 全负荷范围内控制SCR入口 NOx浓度为220mg/m3和SCR脱 硝效率为65%O氨逃逸率随着负荷的降低先降后升，在50%负荷时最低; S03转化率随着负荷的降低而线性下降。在50%负荷切除高 压加热器后，烟温由319. 59降低到288. 3。(2使氨逃逸率上 升约一倍，但仍小于额定负荷下的氨逃逸率。全负荷范围内氨逃逸率均小于3UL/L的设计值，且随 着负荷降低并没有异常升高，因此认为在合适的脱硝效率下 负荷变化并不是SCR脱硝系统氨逃逸率增加从而导致空预器 堵塞的根本原因。因此将机组的SCR烟温下限由30(TC调整 到290,以实现机组全负荷范围内脱硝投运。调整后已运 行约1年时间，空预器并没有出现差压异常升高趋势或积灰 堵塞情况。选择性催化复原法(SCR)是脱除燃煤烟气中NOx的重要 方法，因其高效可靠的特点，是唯一实现大规模商业化的脱 硝技术。SCR脱硝系统的氨逃逸(过量的NH3)与烟气中的S03 在低温下反响生成硫酸氢铁，硫酸氢铁具有强黏性，熔点为 147,烟气从SCR进入空预器后，随着温度的降低，硫酸 氢铁逐渐凝结在换热器外表，并不断捕捉烟气中的灰颗粒, 成温度和生成量不会明显上升。因此将机组的SCR烟温下限 由30CTC调整到29（TC,以实现机组全负荷范围内脱硝投运。 调整后已运行约1年时间，空预器并没有出现差压异常升高 趋势或积灰堵塞情况。4）目前多数机组在正常运行的最低负荷时，SCR烟温最 低在290300C之间，略低于SCR烟温设计下限值，因此本 文研究成果对于相似机组的全负荷脱硝运行具有重要的借 鉴意义。中国电机工程学报郑方栋，李文华，赵敏，杨建国，虞上长，柳秀实，赵虹进而导致空预器堵塞，同时硫酸氢铁还是锅炉排放PM2. 5颗 粒的重要组成成分。硫酸氢镂在空预器内的生成温度可达20(TC以上，并且 随氨逃逸和S03浓度的升高而上升。氨逃逸率增加将使硫酸 氢铁生成温度和生成量都上升，增强了其在空预器内凝结、 捕灰、粘结进而导致空预器堵塞的趋势。因此，SCR脱硝系 统一般将氨逃逸率控制在3 uL/L以下，甚至更低。氨逃逸率与催化剂的催化效率有较大关系，当前较为普 遍应用的V-W催化剂的最正确温度窗口 一般在34038(TC, 与催化剂的成分和制备方式等因素有关，催化剂中添加W能 拓宽反响温度窗口。高岩等的研究说明催化剂在38CTC时催 化效率最高，温度降低，催化活性明显降低，温度升高，催 化活性略微下降，空速比(烟气流量/催化剂体积)下降导致 脱硝效率上升，但降低到一定程度后，脱硝效率基本不变。煤中的硫在燃烧过程中直接或间接生成S03,且烟气中 的S02在灰中金属成分以及换热器外表金属的催化作用下会 一定程度的转化为S03,脱硝催化剂的活性成分V205也能够 将烟气中S02催化氧化成S03o SCR催化剂催化S02的效率 随着温度的降低而降低，和脱硝效率呈负相关，与催化剂使 用时间、催化剂成分等也有一定的关系。总之，催化剂的催化效率随烟温降低而降低，将导致氨 逃逸率增加，不过S03浓度会有所降低，而由于负荷降低而 导致烟温降低时，烟气流速会相应降低，烟气在催化剂间的 停留时间增加，脱硝效率又会上升。因此，氨逃逸率、S03 浓度、烟气流速三者与机组负荷或烟温都存在一定的非同向 影响关系。目前燃煤机组SCR为了保证催化剂高效运行，降低氨逃 逸率，防止空预器堵塞，将SCR烟温（入口）下限设置为30CTC 左右。低负荷运行时，会出现尾部烟道烟温低于30（TC的情 况，将引起SCR强制撤出，导致机组不能开展全负荷脱硝， 对环保产生不利的影响。随着环保需求的提升，燃煤机组全负荷脱硝势在必行， 而近年来机组负荷率又呈明显下降趋势，导致SCR烟温不可 防止有更大机率处于30CTC以下，给机组运行带来较大的困 扰。本文针对一台330MW亚临界机组，通过全负荷试验及高 加切除试验，研究SCR烟温随负荷降低及单纯烟温降低时氨 逃逸率和S03的实际变化关系，探索更低的脱硝系统投运温 度下限，实现机组在全负荷范围内脱硝。1机组概况机组原始设计额定负荷为300MW,汽机增容改造至330MW, 锅炉利用设计余量。锅炉为SG- 1025/17. 5- M869型亚临界 汽包锅炉，燃用具有中等结渣性的烟煤。燃烧系统为四角切圆直流燃烧形式，并开展了低氮燃烧 改造，采用空气分级低氮燃烧技术，四角各布置4层燃尽风 喷嘴。烟气脱硝采用尿素热解喷氨SCR系统，设计脱硝效率 为73%,脱硝系统布置如图1所示，锅炉尾局部成2个独立 烟道（A侧、B侧），分别布置一样的脱硝装置，每侧安装两 层催化剂，共190. 5m3o试验前，催化剂已正常运行约两年 半时间。根据催化剂厂家的效率曲线，烟温在38040（TC时脱硝 效率最高到达约91%,而烟温降低到30CTC时，脱硝效率降 低到了 70%左右。脱硝系统设计为烟温低于30（TC时将强制 撤出。据统计，20*年度电厂4台同类型机组SCR烟温低于 30CTC （均大于290。0运行的时间累计约有330h,且时间点 分散、持续时间短，给机组运行带来很大困扰。2试验参数1试验煤种试验煤种为优混煤，主要煤质指标见表1。2. 2试验工况试验分别在330、250、165、130MW（最低可运行负荷）4 个负荷下开展，其中165MW负荷下还切除了高加（高压加热 器）以单纯降低SCR烟温，分析烟气量等其它参数不变情况 下烟温对氨逃逸率和S03浓度的影响。由于负荷变动范围较大，难以全负荷控制一样的氧量, 试验中各负荷氧量保持常规运行值，通过调整燃尽风率控制 SCR入口 NOx浓度基本上在220nig/m3（6%02）左右，以消除 SCR入口 NOx浓度对氨逃逸的影响因素，并控制脱硝效率基 本一致（65%）。试验中，撤出AGC和给煤自动，以保持燃烧 状态稳定。2. 3烟气中NH3和S03浓度测量方法NH3和S03浓度采用化学法测量，烟气采样流程如图2 所示。S03的采样采用控制冷凝法使S03冷凝沉积在玻璃盘 管内（控制出口温度852）,然后用80%异丙醇溶液清洗。NH3 的采样采用吸收法，以0. 0025mol/L浓度的稀硫酸作为吸收 液，在气泡吸收瓶内吸收。采样枪用自制可控超高温伴热的方式，在采样枪人口处 开展粉尘过滤，防止灰分在采样管内沉积并对烟气组分产生 干扰，控制采样瓶进口烟气温度与实际烟温基本一致，防止 S03和NH3在进入采样瓶之前反响与凝结，提高采样烟气的 保真度。采用牡试剂分光光度法测量S03清洗液中S042-的浓度, 采用靛酚蓝分光光度法测量NH3吸收液中NH4+的浓度。2个 SCR烟道都开展相关参数的测量，以验证测量的可靠性。在每个SCR烟道中，NOx浓度、氧量、烟温采用网格法 测量并取平均值；NH3、S03采用2套一样的仪器同时测量2 点并取最大值，其中每个吸收样品平行开展3次制样分析并 取平均值（有较大误差时重新制样分析）。S02浓度采用脱硫 系统人口的DCS数据。由于NH3、S03实际浓度是影响空预 器平安运行的直接因素，所以并不将NH3、S03浓度折算到 6%02基准下。3试验结果及分析1负荷对SCR烟温的影响随着负荷的下降，SCR烟温逐渐降低，变化趋势如图3 所示。A、B两侧烟温基本接近且变化趋势完全一致，负荷从 330MW下降到130MW,两侧平均烟温从366.0下降至 295. 3,负荷越低，烟温下降速度越大。根据烟温曲线， 负荷约140MW时，烟温接近30（TC,根据设计要求，此时SCR 处于可投运临界点。3. 2负荷对氨逃逸率的影响在全负荷范围内，氨逃逸率变化如图4所示，两侧脱硝 系统的氨逃逸率基本接近，氨逃逸率都小于设计最大限值3 口 L/Lo根据文献的工业试验结果，SCR反响器内烟温降低使催 化剂活性下降，导致反响效率下降，但SCR反响器内烟气空 速比下降，烟气在催化剂间的停留时间增加可以使反响效率 上升。在负荷降低时，催化剂活性和空速比上升对反响效率 的作用相反，实际反响效率是两者平衡的结果。根据试验结果，在165MW(50%)负荷以上时，氨逃逸率随 负荷降低的变化呈下降趋势，说明此时平衡朝反响效率增加 的方向移动，空速比下降对反响效率的影响大于催化剂活性 的影响；当负荷低于165MW时，氨逃逸率又呈一定的上升趋 势，说明此时平衡朝反响效率降低的方向移动，催化剂活性 降低对反响效率的影响更大，空速比对反响效率的影响减弱, 这一规律与文献结果基本一致。低负荷时氨逃逸率虽然有所上升，但是仍低于高负荷下 的氨逃逸率，并没有出现大幅度上升的现象。3. 3负荷对S03转化率的影响各负荷下测试了 SCR入口和出口的S03浓度，结果如图 5所示。总体上，B侧的S03浓度高于A侧。虽然单点的S03 浓度变化趋势存在一定的起伏，但是平均S03浓度在SCR入 口和出口随负荷的下降呈现稳定的下降趋势，即总体趋势是 S03浓度随着负荷的下降而接近线性下降。烟气中的S03 一局部由燃烧过程及SCR前飞灰中金属成 分和换热器外表金属的催化氧化生成，一局部由SCR催化剂 催化氧化生成。以S03转化率（S03/S02X100%体积浓度）来 表示各阶段的S03变化情况及其随负荷的变化关系，结果如 图6所示。SCR前S03转化率随负荷下降呈线性下降的趋势，说明 此局部S03的生成可能主要受温度的影响。SCR内的S03转 化率总体较低，随负荷下降的变化趋势并不显著。在试验条件下，S03转化率及S03浓度都不高，尤其是 SCR催化剂对S03的影响并不突出。比照图4和图5, SCR出 口 S03浓度总体上约是氨逃逸率的1. 5倍，因此S03和NH3 的生成物基本上以硫酸氢铁（NH4HS04）为主，生成量主要受 氨逃逸率影响。3. 4烟温对氨逃逸率和S03转化率的影响由于在同一负荷下SCR烟温的可调节性不高，因此采用 了切除高加的方法开展同负荷下烟温调整，以排除烟气量等 因素的影响，单独研究烟温对氨逃逸率、S03转化率等的影 响。试验负荷为165MW,切除高加后，SCR烟温以及氨逃逸 率的变化如图7所示，烟温从319. 52下降到288. 3T,氨 逃逸率由0. 85 uL/L上升至1. 71 nL/L,接近满负荷运行时 的氨逃逸率。S03转化率变化如图8所示，SCR前和SCR内 的S03转化率都明显下降。切除高加后，SCR入口烟气量、NOx浓度以及脱硝效率 基本保持一致，烟温的大幅下降导致催化剂活性降低，是引 起氨逃逸率上升的主要原因，但是氨逃逸率的整体水平仍然 在合理的范围内。高加的切除导致炉膛吸热增加，炉膛出口 以后整体烟温水平下降，导致SCR前S03转化率随之降低， 同时SCR内S03转化率小幅下降，这与降负荷引起烟温下降 导致S03转化率变化的趋势一致，且略低于130MW负荷下的 S03转化率（烟温水平接近，但烟气流速有差异）。3. 5SCR运行的烟温条件分析理论上，烟气在催化剂之间的停留时间的延长能够降低 氨逃逸率，而烟温的降低那么使氨逃逸率上升，实际运行中的 氨逃逸率是两者作用结合之后的结果。根据试验结果，在中 高负荷时，烟温在约32CTC以上，催化剂活性仍处于较高的 水平，停留时间的延长明显削弱催化剂活性降低的影响，导 致氨逃逸率逐渐下降，当负荷继续降低到50%负荷以下时， 烟温继续下降，催化剂活性降低的影响逐渐凸显，超过空速 比降低的影响，导致氨逃逸率上升。在全部试验负荷下（保持脱硝效率为65%）,氨逃逸率均 未超过3uL/L,即使在165MW负荷切除高加时，在烟气量不 变的情况下烟温由319. 5七降低至288. 3t,氨逃逸率上升 约一倍，但仍低于满负荷下的氨逃逸率。一般认为负荷降低时烟温随之降低，导致氨逃逸率升高, 对空预器平安运行会有不利影响。而根据试验结果，氨逃逸 率在全负荷范围内并没有随着烟温变化而出现异常升高。因 此认为负荷变化并不是SCR脱硝系统氨逃逸率增加从而导致 空预器堵塞的根本原因。根据研究结果，氨逃逸率在全负荷范围内并没有出现异 常升高的现象，且在低负荷时，S03的转化率更低，不会导 致硫酸氢锭的生成温度和生成量异常上升。因此在氨逃逸率 整体不高的前提下，将330MW机组的SCR烟温下限由300 调整到29CTC,以实现机组全负荷范围内脱硝投运。调整后已运行约1年时间，空预器并没有出现差压异常 升高趋势或积灰堵塞情况。目前多数机组在正常运行的最低 负荷时，SCR烟温最低在29030（TC之间，略低于SCR烟温 设计下限值，因此研究与应用结果对于相似机组的全负荷脱 硝运行具有重要的借鉴意义。4结论针对一台330MW机组，通过全负荷试验及高加切除试验, 研究了负荷及烟温变化对氨逃逸率和S03转化率的影响，探 索了全负荷脱硝的可行性及SCR烟温控制策略，得出如下结 论：1）受烟温和空速比的综合影响，SCR脱硝系统的氨逃逸 率随负荷降低而先降后升，在50%额定负荷左右时（烟温 319. 5。0最低。在50%负荷时，切除高加单纯使SCR烟温由 319. 5C降低到288. 4T以下，氨逃逸率升高一倍，但仍小于 额定负荷下的氨逃逸率。全负荷范围内，氨逃逸率都较低, 小于理论设计值3 u L/Lo2） SCR前的S03转化率随负荷与烟温的降低而降低，而 SCR内S03转化率总体水平相对较低，且略呈下降趋势。SCR 出口 S03浓度约是氨逃逸率的1. 5倍。3）综合分析认为负荷变化并不是SCR脱硝系统氨逃逸 率增加从而导致空预器堵塞的根本原因，在合适的脱硝效率 下，全负荷范围内氨逃逸率并不会异常升高，硫酸氢铁的生