辛中強(qiáng)

（秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司運(yùn)行部，河北 秦皇島 066000）

1 前言

根據(jù)環(huán)保排放要求，某公司4 臺(tái)機(jī)組分別于2012 年、2013 年相繼進(jìn)行了脫硝項(xiàng)目改造，2015 年又按照環(huán)保超低排放要求進(jìn)行脫硝提效改造，采用選擇性催化還原法（SCR）技術(shù)。SCR 脫硝系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行逐漸暴露出一些問(wèn)題，而運(yùn)行問(wèn)題往往不是單因素造成的，需從燃煤煤質(zhì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝、脫硝設(shè)備狀況、催化劑安裝、催化劑質(zhì)量及運(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行分析，而運(yùn)行維護(hù)的重點(diǎn)包括燃燒調(diào)整、SCR 投運(yùn)溫度的選擇、噴氨量控制、吹灰方式選擇等。

2 燃燒調(diào)整

根據(jù)NOx生成機(jī)理，煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的NOx量與煤炭燃燒方式、燃燒溫度、過(guò)量空氣系數(shù)和煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間等因素密切相關(guān)，NOx生成機(jī)理包括熱力型、燃料型和快速型。而低氮燃燒是燃煤鍋爐氮氧化物排放控制的首選技術(shù)，根據(jù)鍋爐類(lèi)型、燃用煤種等條件，優(yōu)選低氮燃燒技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)包括低氮燃燒器、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒和煙氣再循環(huán)等。下面是不同類(lèi)型NOx生成量與溫度關(guān)系曲線，由圖1 可以看出反映低于溫度1350℃時(shí)NOx生成量很小，但隨著反映溫度的升高，NOx生成量顯著增加。機(jī)組運(yùn)行期間，風(fēng)量盡可能維持低限運(yùn)行，制粉系統(tǒng)增加下層出力，低負(fù)荷時(shí)注意兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出力均衡。負(fù)荷降低時(shí)，由于短時(shí)空氣過(guò)剩，會(huì)造成SCR 入口NOx濃度突升，調(diào)整時(shí)要及時(shí)降低風(fēng)量。降至目標(biāo)負(fù)荷后，為避免SCR 入口NOx濃度偏高，根據(jù)負(fù)荷情況及時(shí)停止備用磨。

2.1 燃煤成分

燃煤揮發(fā)成分的各種元素比會(huì)影響燃燒過(guò)程中NOx生成量，煤種O/N 比值越大，NOx排放量越高，所以合理選擇煤種是降低NOx排放的主要指標(biāo)。我公司燃煤大量選用神華煤，通常各臺(tái)爐SCR 入口NOx濃度均控制在350mg/m3以下。一期70%、二期62%以上負(fù)荷，SCR入口NOx濃度控制在250 ～290mg/m3；低負(fù)荷SCR 入口NOx濃度會(huì)升高30mg/m3。

2.2 過(guò)量空氣系數(shù)和燃燒溫度

降低過(guò)量空氣系數(shù)，在一定程度上會(huì)起到限制氧濃度的目的，維持足夠的停留時(shí)間，使燃料中的氮不易生成NOx，而且使部分生成NOx經(jīng)過(guò)均相或多相反應(yīng)而被還原，采用此方法可有效降低NOx排放量15%～20%。運(yùn)行中在條件允許情況下，適當(dāng)減少鍋爐總風(fēng)量，從而降低過(guò)量空氣系數(shù)。下面是熱力型NOx生成量與不同過(guò)量空氣系數(shù)和停留時(shí)間的關(guān)系曲線,由圖2 可以看出NOx生成量與爐膛內(nèi)停留時(shí)間和氧濃度的平方根成正比，1t=0.01s；2t=0.1s；3t=1s；4t=10s。

圖2

2.3 燃燒溫度

降低爐內(nèi)燃燒溫度，可有效減少NOx排放量。燃料中NOx是在燃燒過(guò)程中熱分解且氧化生成的，生成量隨溫度的升高而顯著增加。

（1）采用低氮燃燒技術(shù)，最大限度抑制NOx的生成。（2）運(yùn)行中合理使用OFA 風(fēng)。（3）盡量減少上層制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，煤量較低時(shí)，盡量減少上層制粉系統(tǒng)燃煤量。（4）制粉系統(tǒng)停運(yùn)后及時(shí)關(guān)閉出口門(mén)，減少一次風(fēng)總量，二次風(fēng)量隨之增加，一二次風(fēng)配比變化有利于降低NOx的生成。

3 SCR 投運(yùn)溫度的控制

SCR 投運(yùn)溫度一般由催化劑廠家根據(jù)燃用煤種含硫率和SO2/SO3轉(zhuǎn)化率確定，運(yùn)行中要嚴(yán)格執(zhí)行，SCR 投運(yùn)溫度（300 ～420℃）超出規(guī)定范圍將對(duì)催化劑本身及相關(guān)設(shè)備造成嚴(yán)重危害。

3.1 低溫運(yùn)行

低溫運(yùn)行時(shí)催化劑活性差，化學(xué)反應(yīng)速度慢，為滿(mǎn)足脫硝效率要求，只能通過(guò)增大噴氨量的方法，從而氨逃逸隨之增加，氨逃逸的產(chǎn)生促使硫酸氫氨的生成，從而導(dǎo)致催化劑、空預(yù)器的堵塞，增加煙道阻力，大大降低了機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性，另外，長(zhǎng)期低溫運(yùn)行也大大降低了催化劑的使用壽命。

3.2 超溫運(yùn)行

超溫運(yùn)行時(shí)，催化劑發(fā)生化學(xué)性質(zhì)變化，催化劑活性降低，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致催化劑燒損。

3.3 運(yùn)行維護(hù)

在150℃以下，為防止催化劑表面生成凝結(jié)水，升溫速度不能低于5 ～10℃/min，超過(guò)150℃升溫速度應(yīng)不低于60℃/min。

（1）SCR 投入噴氨溫度不能低于300℃。

（2）SCR 運(yùn)行溫度不可超過(guò)420℃。

（3）SCR 停運(yùn)時(shí)，催化劑溫降不可超過(guò)60℃，以免溫度急劇下降導(dǎo)致催化劑開(kāi)裂。

（4）溫度低于305℃，及時(shí)停止噴氨。

（5）為完全去除催化劑內(nèi)殘氨以及防止溫度低而產(chǎn)生的催化劑表面吸附，因保持新鮮空氣注入5 ～10 分鐘。

（6）SCR 停運(yùn)期間，要保持催化劑干燥狀態(tài)。

（7）SCR 如長(zhǎng)時(shí)間低溫運(yùn)行，應(yīng)定期提高溫度運(yùn)行5h 以上，以便硫酸氫氨得以分解。

（8）SCR 要選擇最佳運(yùn)行溫度區(qū)間，下面是催化劑活性與溫度關(guān)系曲線,由圖3 可以看出，300 ～400℃催化劑有著較高的活性，能有效保證NOx的脫除效率。

圖3

4 運(yùn)行控制

噴氨量的控制是SCR 運(yùn)行最重要任務(wù)，氨量低不能滿(mǎn)足NOx排放要求，噴氨量過(guò)大又導(dǎo)致催化劑本體及空預(yù)器堵塞以及氨氣的損失，因此，要找出影響氨用量的因素，以便合理控制噴氨量。

4.1 影響噴氨量的因素和控制方法

（1）煙氣流場(chǎng)不均勻，SCR 入口NOx分布不均，導(dǎo)致噴氨量局部過(guò)量，氨逃逸增加，因此反應(yīng)器設(shè)計(jì)要進(jìn)行充分的數(shù)模和物模試驗(yàn)，首次投運(yùn)要進(jìn)行性能試驗(yàn)和調(diào)平試驗(yàn)，每臺(tái)SCR 裝置每年至少進(jìn)行一次性能評(píng)估，并建立跟蹤數(shù)據(jù)庫(kù)，因SCR 改造投運(yùn)時(shí)，NOx濃度與NH3濃度比例存在不均勻性，氨逃逸濃度升高，因此必須對(duì)噴氨的均勻性進(jìn)行優(yōu)化，如根據(jù)流場(chǎng)設(shè)計(jì)分區(qū)，改變噴嘴型式、形狀、尺寸，噴口速度等提高混合均勻度，即將整個(gè)SCR 催化裝置按照噴氨格柵進(jìn)行縱向分區(qū)，按照每個(gè)分區(qū)的煙氣氣氛濃度分布數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)噴氨量。機(jī)組負(fù)荷變化導(dǎo)致煙氣流場(chǎng)的變化，脫硝SCR 出口與煙囪入口NOx濃度會(huì)發(fā)生較大變化，SCR 兩側(cè)噴氨量出現(xiàn)偏差，單側(cè)NOx濃度即使降得很低，也難保證煙囪入口合格，為保證煙囪入口NOx濃度小時(shí)均值不超標(biāo)，極力降低另一側(cè)NOx濃度，在安全界限內(nèi)要短時(shí)犧牲氨逃逸。

（2）氮氧化物控制。機(jī)組運(yùn)行期間，風(fēng)量盡可能維持低限運(yùn)行，制粉系統(tǒng)增加下層出力，低負(fù)荷時(shí)，注意兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出力均衡；負(fù)荷降低時(shí)，由于短時(shí)空氣過(guò)剩，會(huì)造成SCR 入口NOx濃度突升，調(diào)整時(shí)要及時(shí)降低風(fēng)量。降至目標(biāo)負(fù)荷后，為避免SCR 入口NOx濃度偏高，根據(jù)負(fù)荷情況及時(shí)停止備用磨；鍋爐燃料風(fēng)、輔助風(fēng)擋板開(kāi)度按低氮燃燒器改造后〈鍋爐運(yùn)行指導(dǎo)卡片〉執(zhí)行，當(dāng)A、B 兩側(cè)煙氣發(fā)生偏斜時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整AA、AB、OFA 擋板開(kāi)度來(lái)降低偏差；煙囪入口NOx濃度控制受SCR 入口濃度、自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì)、煙氣流場(chǎng)、氧量、煙氣混合均勻性以及測(cè)量裝置等諸多因素影響，控制不當(dāng)會(huì)造成煙氣排放超標(biāo)、液氨耗量大，甚至引起設(shè)備損壞。在機(jī)組降負(fù)荷初期，SCR 入口NOx濃度會(huì)瞬時(shí)上升，應(yīng)加強(qiáng)SCR 噴氨自動(dòng)的監(jiān)視；啟動(dòng)制粉系統(tǒng)時(shí)，SCR 入口NOx濃度上升幅度會(huì)更大，機(jī)組啟停制粉系統(tǒng)，SCR 入口NOx濃度波動(dòng)較大，易引起煙囪入口NOx濃度超標(biāo)，人為降低NOx濃度設(shè)定值，確保煙囪入口NOx濃度小時(shí)均值不超標(biāo)，如倒換過(guò)程中NOx濃度超標(biāo)較多，倒換結(jié)束后，可將供氨自動(dòng)解除，盡量降低NOx濃度，以滿(mǎn)足小時(shí)均值不超標(biāo)，倒換制粉系統(tǒng)及脫硝系統(tǒng)有檢修任務(wù)時(shí)，要提前策劃，時(shí)間段最好選擇半點(diǎn)前區(qū)間完成，給降低小時(shí)均值提供時(shí)間保證。

4.2 噴氨自動(dòng)控制

噴氨自動(dòng)控制品質(zhì)差、供氨調(diào)整門(mén)線性差，供氨壓力波動(dòng)、煙氣分析儀問(wèn)題均造成噴氨量不能很好地適應(yīng)燃用煤種和負(fù)荷變化。目前有三種典型噴氨自動(dòng)控制系統(tǒng)：固定摩爾比，固定出口NOx濃度和多參數(shù)復(fù)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。由于受到煙氣取樣點(diǎn)位置、裝置健康水平以及調(diào)門(mén)特性等因素的影響，在參數(shù)波動(dòng)較大時(shí)，不能滿(mǎn)足運(yùn)行需要，因煙氣流速不均勻，而CEMS 儀表的取樣點(diǎn)并不具備代表性，對(duì)噴氨自動(dòng)造成一定影響；SCR 反應(yīng)器出、入口NOx濃度數(shù)據(jù)采集存在一定的滯后性(即非準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù))，且CEMS 表計(jì)測(cè)量存在一定程度的誤差，對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)也會(huì)造成影響；供氨調(diào)整門(mén)固有的滯后性和線性調(diào)節(jié)品質(zhì)差也是影響自動(dòng)調(diào)節(jié)的一個(gè)因素；目前，我公司SCR 供氨自動(dòng)調(diào)節(jié)：邏輯總體上采用串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)，第一級(jí)控制通過(guò)調(diào)節(jié)噴氨流量，達(dá)到控制反應(yīng)器出口NOx濃度的目的；第二級(jí)控制通過(guò)調(diào)節(jié)噴氨調(diào)門(mén)的開(kāi)度，達(dá)到控制噴氨流量的目的。主體邏輯通過(guò)入口NOx濃度實(shí)際值和出口NOx濃度設(shè)定值計(jì)算實(shí)際所需供氨流量，加入氧量及風(fēng)煤比作為調(diào)節(jié)前饋。在SCR出、入口NOx濃度分析儀反吹、標(biāo)定時(shí)，保持PID 偏差調(diào)節(jié)不變，只根據(jù)前饋進(jìn)行調(diào)節(jié)，運(yùn)行中要關(guān)注，偏差較大時(shí)及時(shí)解除自動(dòng)。另外，供氨調(diào)整門(mén)自動(dòng)失靈或線性較差時(shí)，應(yīng)解除自動(dòng)，參照另一側(cè)供氨量進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。

4.3 氨逃逸控制

催化劑品質(zhì)和活性、煙氣流場(chǎng)分布、煙氣溫度、氨逃逸儀表準(zhǔn)確性和代表性、效率、燃煤硫值、調(diào)節(jié)品質(zhì)等都是影響SCR 反應(yīng)器氨逃逸的主要因素，氨逃逸超標(biāo)不但浪費(fèi)液氨且給設(shè)備帶來(lái)較大隱患。機(jī)組不同工況、不同燃燒方式下氨逃逸控制方法和方式也有所不同。2#、3#制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，因SCR 入口NOx濃度擺動(dòng)較大200 ～350mg/m3，氨逃逸波動(dòng)較頻繁，易引起瞬時(shí)超標(biāo)，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)定值的改動(dòng)；1#、2#、3#制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，SCR 入口NOx濃度較穩(wěn)定，通常情況下，維持在300mg/m3以?xún)?nèi)，氨逃逸相對(duì)較為穩(wěn)定，正常投入自動(dòng)；1#、2#、4#和1#、3#、4#制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，同工況下SCR 入口NOx 濃度會(huì)增加100mg/m3和70mg/m3左右；2#、3#、4#制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，同工況下SCR 入口NOx濃度會(huì)增加70mg/m3左右，供氨量相對(duì)較高，對(duì)氨逃逸影響也較為明顯，運(yùn)行中應(yīng)及時(shí)調(diào)整，必要時(shí)解除供氨自動(dòng)。在機(jī)組降負(fù)荷初期，SCR 入口NOx濃度會(huì)瞬時(shí)上升，供氨量隨之增加，但隨著負(fù)荷的趨于穩(wěn)定，SCR 入口NOx濃度會(huì)迅速降低，而此過(guò)程中系統(tǒng)已過(guò)量噴氨，氨逃逸上漲會(huì)較快，而SCR 出口NOx要滯后1 ～2 分鐘，負(fù)荷趨于穩(wěn)定后應(yīng)及時(shí)降低NOx設(shè)定值或解除自動(dòng)手動(dòng)降低噴氨量，氨逃逸穩(wěn)定后恢復(fù)自動(dòng)。

5 吹灰方式選擇和運(yùn)行維護(hù)

5.1 催化劑特性

催化劑是一種易碎的陶瓷性物質(zhì)；反應(yīng)器由多個(gè)催化劑模塊單體組成，易引起脫落；另外，催化劑不能與水接觸，否則，引起催化劑分解，活性降低；催化劑內(nèi)嚴(yán)禁積灰，因灰塵中含有堿金屬、堿土金屬、鹵化物和磷化物等引起催化劑中毒的化學(xué)物質(zhì)，可使催化劑活性降低。

5.2 SCR 吹灰方式

SCR 吹灰方式普遍采用聲波吹灰、蒸汽吹灰和聯(lián)合方式。聲波吹灰對(duì)催化劑本身傷害較小，但在邊緣位置和催化劑微孔內(nèi)易造成積灰；采用蒸汽吹灰，要加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)和檢查，以防損壞催化劑和降低催化劑的活性。

5.3 吹灰要求

采用聲波吹灰要保證吹灰壓力和壓縮空氣品質(zhì)，壓縮空氣要保證干燥、潔凈。采用蒸汽吹灰，首先，吹灰噴嘴與催化劑距離不能小于600mm,壓力要控制在0.5 ～0.6MPa,以防對(duì)催化劑本身以及密封裝置造成傷害，蒸汽嚴(yán)禁帶水且蒸汽與催化劑最大溫差不能超過(guò)100℃。宜采用的吹灰方式為聲波連續(xù)吹掃加蒸汽定期吹掃的聯(lián)合方式。

5.4 運(yùn)行中問(wèn)題

運(yùn)行中要加強(qiáng)催化劑前后煙氣壓差的監(jiān)視，壓差出現(xiàn)上漲趨勢(shì)要增加吹灰頻次，同時(shí)查明導(dǎo)致差壓上升的原因；如運(yùn)行中煙氣差壓突然降低，要根據(jù)各參數(shù)變化，分析是否存在催化劑脫落的可能，找出導(dǎo)致催化劑脫落的原因，適當(dāng)降低蒸汽吹灰壓力和減少吹灰頻次，并確保吹灰蒸汽品質(zhì)，同時(shí)聯(lián)系催化劑廠家是否催化劑質(zhì)量問(wèn)題或催化劑安裝問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)行中加強(qiáng)氮氧化物濃度和氨逃逸的控制水平，減少還原劑耗量，在降低煙氣排放污染物的同時(shí)也節(jié)約了成本，并且也能有效避免硫酸氰胺的生成，保證設(shè)備安全，另外，催化劑性能會(huì)隨實(shí)際運(yùn)行時(shí)間的增加而逐漸下降，正確的運(yùn)行方式不僅能夠保證脫硝裝置的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而且能夠延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，在確保煙氣排放的基礎(chǔ)上降低運(yùn)營(yíng)成本。