摘要：随着大气污染防治法规的不断推进，《锅炉大气污染物排放标准》越来越严格，大部分省市推出史上最严大气污染物排放标准，全国火电机组均在超低排放改造。本文主要就超低排放改造后火电厂选择性催化还原法脱硝系统出现的氨逃逸大、催化剂堵塞等问题进行了分析，提出了解决这些问题的建议，以确保环保指标达标及设备的安全稳定运行。
关键词：超低排放；氨逃逸；催化剂；自动控制
引言
内蒙古霍煤鸿骏铝电有限责任公司电力分公司A厂5、6号锅炉脱硝改造工程采用选择性催化还原法（SCR）、双烟道双反应器无旁路烟道布置方式、采用尿素热解（现改为尿素水解）所得的氨气作为脱硝还原剂。锅炉型号为WGZ-480/13.7-5，武汉锅炉厂制造。锅炉的基本型式是：单锅筒自然循环、一次中间再热、Π形布置、平衡通风、紧身封闭、风扇磨直吹制粉系统、六角切圆燃烧方式、尾部双烟道烟气挡板调温、固态排渣、全钢构架、悬吊结构。脱硝装置的工艺流程主要由还原剂制备系统和SCR反应器区脱硝系统两大部分组成。脱硝率不低于80％（入口烟气NOx为500mg/Nm³，且出口NOx含量不超过100mg/Nm3，6％含氧量，干基)，100%烟气脱硝。脱硝系统整套装置的可用率每年不小于98%催化剂为蜂窝式，配套声波吹灰器。投产初期催化剂采用2+1层布置方式（催化剂安装2层，留1层备用），现3层都安装了催化剂。本文通过对上述机组的跟踪研究，总结了SCR改造后出现的几个威胁机组安全稳定运行的共性问题，并提出了解决建议。
1存在的问题
1.1氨逃逸大
1.1.1喷氨过量
机组超低排放改造后，SCR系统入口条件可能已发生变化，特别是机组负荷变动较大时，喷氨格栅喷出的NH3与烟气中的NOx可能存在比例分布不均匀的问题，引起局部喷氨过量。另外，由于对出口NOx排放浓度的严格控制，在实际运行过程中部分电厂采用了过量喷氨的方式。上述2种情况在长期运行过程中都会造成氨逃逸增大，形成硫酸氢铵（以下简称“ABS”）。ABS在特定温度范围内呈液态黏稠状[7-8]，黏附烟气中的飞灰后附着在设备上，造成SCR下游设备（比如空预器、除尘器等）的堵塞，严重时必须停炉清理，对机组的安全稳定运行造成极大的威胁。
1.1.2供氨阀门自动控制缺陷
SCR系统喷氨阀门的典型控制过程为：SCR系统采用串级PID加前馈的控制策略，用原烟气中NOx的体积分数乘以NO2和NO的摩尔比计算出NO2含量作为串级PID控制前馈；为了防止氨逃逸对控制造成影响，将SCR烟气脱硝系统出口烟气中NO2的含量（计算方法同前馈部分NO2的含量）作为主调PID的测量值，目标NOx体积分数作为设定值，前馈和主调PID共同叠加后生成NO2的体积分数，NO2体积分数乘以烟气流量得到NO2的流量信号，该信号乘以所需氨氮摩尔比就是基本氨气流量信号，此信号作为给定值送入副调PID控制器与实测的氨气流量信号比较，由PID控制器经运算后发出调节信号控制SCR入口氨气流量调节阀的开度以调节氨气流量。图1为供氨自动控制流程。
由于SCR系统存在明显的NOx反应器催化剂反馈滞后和NOx分析仪响应滞后的问题，系统采用实际机组负荷来预测烟气流量。在实际运行过程中，当机组入口NOx波动较大或机组负荷低时，喷氨自动控制会出现调节不及时的情况，容易造成喷氨过量，长期运行会给后续设备带来安全隐患，因此大部分电厂运行人员都以手动调节代替阀门自动调节。
1.3催化剂堵塞
锅炉设计煤种热值低，灰分含量较高，根据煤质统计资料，煤中收到基含量的平均值约为27.33%，高值为30.28%，易冲刷催化剂。煤中硫含量中等，烟气中的SO2约2331mg/m3中,SO3约46.6mg/m3。煤中含有少量砷，易造成催化剂中毒，效率下降，催化剂使用年限降低。部分系统催化剂蒸汽吹灰器设计为单一气源，取自锅炉蒸汽吹灰母管减压阀后，在调试过程中经常出现点火后蒸汽压力未达到锅炉本体吹灰压力要求。而脱硝系统无法吹灰的情况，吹灰器无法正常吹灰就会引起催化剂积灰，若初次点火到整套启动间隔较长（比如2个～3个月），积灰可能会在催化剂的表面和孔道中板结，再次启动吹灰器也无法有效去除，严重影响催化剂使用寿命和脱硝效率。另外，在实际运行过程中还存在运行人员对催化剂差压重视度不足，仅启动超声波吹灰器而长期不启动蒸汽吹灰器的情况，无法及时有效去除催化剂中的积灰，这也是造成催化剂寿命缩短和脱硝效率降低的重要原因之一。
2解决建议
2.1喷氨优化调整试验
喷氨优化调整试验是在机组常规高负荷下进行的一项试验。通过测试及计算结果对SCR装置中的喷氨格栅手动喷氨阀门进行调整，试验可以在满足NOx浓度控制要求的前提下，减少还原剂用量，降低氨逃逸率，减轻ABS对下游设备的危害，提升系统运行安全性。试验采用网格法进行测量，测点布置如图2所示，截面选取要有代表性。图中标注的SCR入口测点是在省煤器后、催化剂前，SCR出口测点是在催化剂后、空预器之前。喷氨优化调整程序如图3所示。通过多次调节格栅上的支管手动喷氨阀门开度，调整各支管喷氨流量，使SCR反应器截面内NOx与氨比例分布更加均匀，直到SCR反应器出口截面的NOx分布均匀性得到明显改善，从而有效降低反应器出口NOx浓度分布的不均度。
2.2自动控制策略建议
因为主汽流量信号变化超前于实际机组负荷信号变化，所以可以采用主汽流量信号代替实际机组负荷信号来预测NOx的变化，减少控制响应时间；根据氨流量采取变PID参数调节；前馈部分加入NOx浓度变化的微分作用。脱硝改造后风量和风压需求增加，更换引风机，采用了出力更大的风机。
2.3吹灰器运行建议
（1）建议采用双路气源（辅汽或启动炉气源）或在停炉期间设置临时气源吹灰（如压缩空气）的方式解决这一问题。同时要注意采用蒸汽作为气源吹灰时，要保证蒸汽的压力和温度及烟气的温度达到系统要求，杜绝催化剂受潮；
（2）加强对运行人员的教育，明确定期启动蒸汽吹灰器的时间或差压报警值。在启动蒸汽吹灰器前要保证足够的疏水时间。
结束语：
对于已建成的SCR装置，通过在备用层增加一层催化剂的方式来提效增容，在不改变原有反应器的基础上提高了脱硝效率，从而达到超低排放标准是比较经济的做法，也是主流的改造方法之一。装置改造之后需要对喷氨过量问题和吹灰器运行问题给予足够重视，及时进行喷氨优化调整试验；通过喷氨系统自动控制的调试和喷氨调整优化试验的结果，灵活调整系统和装置控制方式，可以有效减少氨逃逸，减少ABS的产生和对下游设备的安全威胁。另外，在运行过程中，要严格按照运行规程进行蒸汽吹灰并保证吹灰的压力和温度，确保催化剂长期安全稳定运行。
参考文献：
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论文作者:赵立超,杜长青
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/4/1
标签：催化剂论文; 烟气论文; 机组论文; 系统论文; 反应器论文; 蒸汽论文; 流量论文; 《电力设备》2018年第28期论文;