1NOx超低排放改造及存在問題簡述

　　1.1SCR脫硝系統(tǒng)簡介

　　某燃煤電廠6號機(jī)組鍋爐為四角切圓燃燒方式，燃煤為淮南煙煤。鍋爐脫硝采用SCR工藝，以尿素作為還原劑。SCR催化劑按2+1層布置，上層為預(yù)留層，催化劑為蜂窩式，脫硝效率不小于89%。SCR脫硝超低排放改造中加裝158m3蜂窩式備用層催化劑及配套吹灰系統(tǒng)，改造后的SCR系統(tǒng)于2016年12月26日投運。

　　1.2脫硝裝置運行中的問題

　　某燃煤電廠6號機(jī)組自超低排放改造后投運至今，A、B側(cè)空氣預(yù)熱器(空預(yù)器)出口煙氣壓力一直在增加，且在2017年12月以后增速加快。A、B側(cè)空預(yù)器進(jìn)出口差壓急劇增長，其中A側(cè)差壓從1356Pa上升到5027Pa;B側(cè)差壓從699Pa上升到4315Pa(見圖1)，造成空預(yù)器堵塞，引風(fēng)機(jī)電耗增加、喘振失速等問題，嚴(yán)重影響脫硝機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。

　　圖1近一年半以來某電廠6號機(jī)組空預(yù)器A、B側(cè)進(jìn)出口煙氣壓力變化

　　此外，該機(jī)組從2018年1月開始，總排放口NOx排放濃度控制出現(xiàn)困難(見圖2)。2017年1—12月總排放口NOx質(zhì)量濃度基本能控制在13.61mg/m3(標(biāo)干，6%O2，下同。圖2中空缺表示機(jī)組全月停機(jī))，而2018年1—5月NOx排放質(zhì)量濃度逐漸上升，達(dá)到24.88mg/m3，且脫硝還原劑尿素的用量一直在增加。

　　圖2近一年半以來6號機(jī)組總排放口NOx月均排放質(zhì)量濃度CEMS監(jiān)測值

　　2試驗條件及相關(guān)測試儀器

　　2018年1月16—17日，對該機(jī)組開展相關(guān)測試和診斷分析。測試期間保證負(fù)荷穩(wěn)定(波動幅度不超過±5%)、煤種不變、脫硝系統(tǒng)及配套設(shè)施正常運行。SCR系統(tǒng)A、B側(cè)測試期間平均負(fù)荷分別為286MW、290MW。測試內(nèi)容主要為NOx濃度、氨逃逸濃度、氧量、溫度、氨逃逸在線儀表示值、空預(yù)器壓力、催化劑活性和主要化學(xué)成分等，并對CEMS在線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。所采用的測試儀器包括NOVAplus煙氣分析儀(德國名優(yōu)公司產(chǎn))、M-NH3便攜式氨逃逸濃度分析儀(加拿大優(yōu)勝公司產(chǎn))、X射線熒光光譜儀(德國斯派克公司產(chǎn))、BLOOMING催化劑活性評價裝置(北京波露明公司產(chǎn))等。

　　3脫硝裝置出口NOx濃度分布及分析

　　此次NOx測試采用網(wǎng)格法測量，SCRA、B側(cè)測孔分別記為A1~A6和B1~B6，測量深度分別為0.75m、1.50m、2.25m和3.0m，測試結(jié)果如圖3所示。

　　圖3某電廠6號機(jī)組SCR反應(yīng)器A、B側(cè)出口NOx濃度分布

　　某電廠6號機(jī)組SCR反應(yīng)器出口測試數(shù)據(jù)如表1所示。

　　由圖3和表1可知：

　　(1)SCRA側(cè)反應(yīng)器出口截面NOx質(zhì)量濃度最大值為33.0mg/m3，最小表1SCR反應(yīng)器出口測試數(shù)據(jù)匯總值為2.0mg/m3，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差117.70%;B側(cè)反應(yīng)器出口截面NOx質(zhì)量濃度最大值為42.0mg/m3，最小值為6.0mg/m3，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為58.89%。兩反應(yīng)器出口的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于15%的設(shè)計值。

　　表1SCR反應(yīng)器出口測試數(shù)據(jù)匯總

　　(2)A側(cè)CEMS測點所得結(jié)果不能代表其斷面的NOx濃度。NOx濃度沿反應(yīng)器寬度方向(反應(yīng)器外側(cè)至鍋爐中心線)，A、B側(cè)明顯呈外側(cè)低而內(nèi)側(cè)高現(xiàn)象，其中測孔A1~A4、B5、B6的NOx質(zhì)量濃度很低，只有2~7mg/m3，認(rèn)為是噴氨過量導(dǎo)致。此次測試的深度方向NOx濃度變化不大，因此認(rèn)為相對于水平方向，垂直深度上噴氨較為均勻。

　　4脫硝裝置出口氨逃逸濃度分布及分析

　　某電廠6號機(jī)組SCR反應(yīng)器出口每個測孔氨逃逸測試時間為15min左右，氨逃逸測點測試深度為1.6m。根據(jù)圖3，氨逃逸測點選擇NOx濃度高、中、低不同區(qū)域，即A2、A4、A6和B2、B4、B6。取這些測孔NOx濃度平均值，將其與氨逃逸濃度值共同繪于圖4。試驗期間，6號機(jī)組A、B側(cè)在總尿素溶液流量分別為243L/h時和259L/h時，煙道6個測孔氨逃逸濃度均超過設(shè)計值，即脫硝裝置A側(cè)出口NH3逃逸質(zhì)量濃度平均值為13.99mg/m3，B側(cè)出口NH3逃逸質(zhì)量濃度平均值為6.76mg/m3，均超過2.28mg/m3的設(shè)計上限值。分析認(rèn)為，這應(yīng)與A、B側(cè)脫硝效率過高有關(guān)，一般隨著脫硝效率的增加，氨逃逸濃度會急劇增加。測試期間SCR系統(tǒng)A、B側(cè)入口平均NOx質(zhì)量濃度分別為439.07mg/m3、469.99mg/m3，出口NOx質(zhì)量濃度分別為14.31mg/m3、19.39mg/m3，平均脫硝效率分別為96.73%、95.87%，均高于不低于89%的設(shè)計要求。

　　圖4某電廠6號機(jī)組SCR出口NOx質(zhì)量濃度與氨逃逸質(zhì)量濃度關(guān)系

　　一般，SCR出口氨逃逸濃度與脫硝效率呈正相關(guān)，與出口NOx濃度呈反相關(guān)，圖4結(jié)果恰恰反映了這一觀點，即在A2、A4、B4、B6監(jiān)測點，氨逃逸質(zhì)量濃度非常高，最高達(dá)到32.91mg/m3，對應(yīng)監(jiān)測點的NOx質(zhì)量濃度非常低。

　　某電廠6號機(jī)組SCR反應(yīng)器出口A、B側(cè)氨逃逸在線表計為西門子LDS6氨逃逸激光分析儀，分別安裝在A、B反應(yīng)器出口外部角落位置。測試期間，DCS上顯示氨逃逸表分析儀數(shù)據(jù)無較大的變化，分別為1.73mg/m3、0.72mg/m3左右。通過查閱該電廠DCS數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，近一年多來A、B側(cè)在線氨逃逸數(shù)據(jù)也在這一區(qū)間且波動很小。分析認(rèn)為其原因應(yīng)為催化劑吹灰振動、高含塵工況不穩(wěn)定，造成原位對穿測量激光投射率低，且在線表計安裝在角落位置，該位置也是煙氣流速較低和噴氨量相對較低區(qū)域。上述DCS數(shù)據(jù)與表1、圖4中測試的氨逃逸數(shù)據(jù)嚴(yán)重不符，給電廠運行人員錯誤信息，誤以為該機(jī)組SCR脫硝裝置經(jīng)過超低排放改造，在NOx95.0%以上脫除率情況下，各項性能指標(biāo)也運行良好。特別需要指出的是，該電廠在年終環(huán)保因子排名考核的壓力下，于2017年下半年主動加壓，將總排放口NOx質(zhì)量濃度控制在個位數(shù)以內(nèi)，如2017年12月NOx月均質(zhì)量濃度僅為9.9mg/m3。從圖1也可以看出，2017年下半年該機(jī)組A、B側(cè)空預(yù)器出口煙氣阻力增長速率明顯加快。SCR脫硝裝置長期在過量噴氨下運行，給機(jī)組SCR脫硝催化劑、下游空預(yù)器、低溫省煤器、電除塵器和引風(fēng)機(jī)均帶來嚴(yán)重的不良影響，造成催化劑失活、空預(yù)器堵塞、電除塵器收塵板結(jié)垢、引風(fēng)機(jī)葉片結(jié)垢和低溫省煤器集灰等。

　　5NOx穩(wěn)定超低排放策略

　　燃煤電廠機(jī)組在進(jìn)行超低排放改造后脫硝裝置運行控制困難增大，極易出現(xiàn)NOx排放濃度不達(dá)標(biāo)或氨逃逸超標(biāo)，造成其下游設(shè)備如空預(yù)器、引風(fēng)機(jī)硫酸銨鹽沉積和腐蝕加劇等問題。制訂合理的燃煤電廠NOx大氣污染物排放控制指標(biāo)并為電廠運行人員提供科學(xué)依據(jù)顯得尤為重要，以下仍以某電廠6號機(jī)組為例，對這一問題進(jìn)行分析。

　　某電廠6號機(jī)組超低排放改造前后SCR出口數(shù)據(jù)對比和催化劑活性、主要化學(xué)成分對比結(jié)果如表2和表3所示。

　　由表2可見，該機(jī)組超低排放改造后，脫硝系統(tǒng)脫硝效率明顯提高，NOx濃度平均水平整體減小，但是過量噴氨和出口NOx濃度值過低，在一定程度上加劇了氨逃逸濃度高和反應(yīng)器出口NOx分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差大問題。

　　表2某電廠6號爐超低排放改造前后脫硝出口數(shù)據(jù)對比

　　表3某電廠6號機(jī)組超低排放改造前后催化劑活性和主要化學(xué)成分對比

　　脫硝催化劑是脫硝技術(shù)的核心之一，對超低排放改造前后不同運行時間催化劑的活性和主要化學(xué)成分進(jìn)行測試。由表3可見：作為催化劑的載體和活性成分TiO2、WO3和V2O5的含量在運行一段時間后明顯降低，而SO3有較大程度的增加;超低排放改造后，催化劑脫硝效率和活性也明顯降低，一些物質(zhì)的含量改變速度加快，尤其SO3的增加最為明顯。這些結(jié)果與前面分析的噴氨不均和氨逃逸濃度嚴(yán)重超標(biāo)相呼應(yīng)。此外，亞微米顆粒物的主要礦物元素K、As容易富集在催化劑微孔道中，其可能造成催化劑脫硝活性降低。

　　當(dāng)前，中國燃煤電廠在完成超低排放改造后，如何正確評估“超低排放”改造機(jī)組長期運行滿足新排放限值的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)合理性，設(shè)定合理的煙氣污染物實際排放控制標(biāo)準(zhǔn)，成為迫切需要解決的問題。中國一些研究者對此進(jìn)行了分析，如神華集團(tuán)針對典型“近零排放”機(jī)組燃用低硫、低灰和高揮發(fā)分的優(yōu)質(zhì)動力神華煤時，在SCR入口NOx質(zhì)量濃度為200~250mg/m3情況下，考察了大氣污染物煙塵、SO2和NOx的排放質(zhì)量濃度和排放績效等特征，提出了更加契合綠色發(fā)展生態(tài)環(huán)保要求的燃煤電廠大氣污染物煙塵、SO2和NOx排放限值，并全面評估了這些典型“近零排放”機(jī)組在更優(yōu)排放指標(biāo)下長期運行的可靠性。

　　根據(jù)表2、表3超低排放改造前后對比分析結(jié)果可知，超低排放改造后SCR脫硝系統(tǒng)面臨著更為嚴(yán)峻的運行工況，因此不宜過分追求過低的NOx排放濃度。當(dāng)前，超低排放機(jī)組NOx排放濃度的波動程度與SO2和煙塵相比偏大，如追求較為平穩(wěn)且過低的排放濃度，氨逃逸濃度很可能急劇增加。原因是NOx主要依靠單一污染物控制設(shè)備實現(xiàn)深度脫除，同時還需適應(yīng)復(fù)雜的運行工況，如火電機(jī)組深度調(diào)峰，很難根據(jù)監(jiān)測濃度及時調(diào)整SCR脫硝系統(tǒng)噴氨量。根據(jù)安徽省接入節(jié)能發(fā)電調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的95臺燃煤火電機(jī)組煙氣污染物排放濃度和環(huán)保設(shè)備故障率統(tǒng)計分析對于新建機(jī)組和改造機(jī)組，NOx排放濃度分別控制在25mg/m3左右和35mg/m3左右較為適宜。此外，由于SCR出口單點式CEMS數(shù)據(jù)監(jiān)測不具有代表性，超低排放機(jī)組應(yīng)根據(jù)SCR出口處和總排口處NOx濃度測定數(shù)值相互佐證，以便噴氨量精細(xì)化控制。

　　對于某電廠6號機(jī)組，建議進(jìn)行噴氨優(yōu)化試驗，在NOx質(zhì)量濃度控制在35~40mg/m3范圍的前提下，適當(dāng)降低A、B側(cè)脫硝效率至90%左右。同時相應(yīng)進(jìn)行SCR出口CEMSNOx濃度多點煙氣取樣和矩陣式煙氣取樣改造;加強(qiáng)催化劑活性和主要化學(xué)成分及微量元素分析，一般為半年左右一次，實時掌握催化劑的性能參數(shù)。

　　6結(jié)語

　　燃煤電廠SCR脫硝裝置運行情況，直接關(guān)系著電廠NOx排放及相關(guān)環(huán)保電價的獲取程度。本文研究結(jié)果表明：超低排放改造后機(jī)組需定期進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗，有必要進(jìn)行NOx濃度多點煙氣取樣和矩陣式煙氣取樣改造，以有效改善SCR運行狀況，使出口NOx濃度降低和氨逃逸濃度達(dá)標(biāo);為緩解空預(yù)器阻力迅速上升及降低催化劑老化速率，不宜追求過低的NOx排放濃度;同時，需加強(qiáng)催化劑活性測試，提高脫硝運行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。