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燃煤电厂氨排放与控制

日期:2019-10-10 信息来源:山东新泽仪器有限公司

随着燃煤电厂NOx 控制指标的不断提高,也带来了一些问题。燃煤电厂超低排放NOx 排放控制指标为50 mg/m3,燃煤电厂为了实现超低排放,SCR 催化剂基本经历了增加备用层,更换运行层等措施,这个过程中氨逃逸成了普遍的问题。

1 燃煤电厂氨的产生

燃煤电厂烟气中氨产生的原因较多,基本都是在运行中产生的,与煤的燃烧基本没有关系。

1.1 自动调节性能不好,导致喷氨量失衡

机组在变负荷运行、启停制粉系统时,自动调节性能不好,喷氨量不能适应负荷和脱硝入口NOx 的变化,导致脱硝装置出口NOx 波动太大,瞬时喷氨量相对过大,引起氨逃逸增加。

脱硝装置入口NOx 分布不均匀,与喷氨格栅(ammonia injection grid,AIG)每个喷嘴的喷氨量不匹配,导致脱硝装置出口NOx 不均匀,从而使脱硝装置局部氨逃逸高。同时,喷氨格栅喷氨不均匀,导致脱硝装置出口NOx 不均匀,致使局部逃逸氨较高。

1.2 测量系统不精确,导致喷氨量失衡

一般SCR 装置左右侧出入口各装一个测点,在测点发生表管堵塞、零漂时, 测量系统不准确,测量数据不具有代表性,导致自调系统喷氨过量,从而引起氨逃逸升高。包括NOx 测点、氧量测点、氨逃逸测点在内的测点位置不具代表性,或者测点数量过少,不能随时比对,当发生表管堵塞、零漂时不能及时发现等会导致测量不准,从而引起氨逃逸升高。

测点故障率高,当测点故障时,指示不准,引起自动调节切除,只能手动调节,难以适应自动发电控制(automatic generation control,AGC)负荷随时变动的需求。

1.3 运行状况变化,导致喷氨量失衡

在机组变负荷和启停制粉系统时,脱硝装置入口NOx 浓度波动大, 从而引起脱硝装置出口NOx 浓度波动大,喷氨量波动大,引起氨逃逸增加。在实际运行中,尤其在大幅变负荷时,脱硝装置入口NOx 变化较大,会加大脱硝装置自动调节的难度。

AGC 投入时,机组变负荷时普遍速率较快。为了响应负荷的快速变化,燃料量变化太快,风粉配比不能保证脱硝装置入口NOx 稳定。

烟气温度变化幅度大。机组在低负荷运行时,烟温下降,局部烟温较低,会引起催化剂活性下降,从而引起氨逃逸升高。

2 燃煤电厂氨的危害

氨逃逸是指SCR 脱硝系统由于种种原因,会造成脱硝催化剂后的烟气中氨气的浓度超标。这会带来一系列严重后果,其中下游设备的堵塞是主要危害。

催化剂堵塞。由于铵盐和飞灰小颗粒在催化剂小孔中沉积。阻碍了NOx、NH3、O3 到达催化剂活性表面,引起催化剂钝化。钝化后,脱硝效率下降,为了保证NOx 稳定达标排放,会喷更多的氨,这将引起恶性循环。

空气预热器堵塞。铵盐沉积在空气预热器冷端, 引起空气预热器堵塞, 进一步增加系统阻力,增加风机电耗,高负荷时风量不能满足运行要求,引起空气预热器冷端低温腐蚀。

SCR 装置出口CEMS 过滤器堵塞。SCR 装置出口CEMS 一般采用抽取式,伴热温度为120℃,铵盐容易沉积堵塞过滤器和取样管,引起测点不准确以及自动调节失灵,大气污染物排放超标。

电除尘极线积灰和布袋除尘器糊袋。氨逃逸容易引起电除尘极线积灰,阴阳极之间积灰产生搭桥现象导致电除尘电场退出运行。氨逃逸过大会造成铵盐糊在布袋上, 引起布袋除尘器压差高,从而导致吸风机电流高,严重时影响风量、引起出力受阻。

系统堵塞后会引起送风机、一次风机、吸风机失速、抢风,出力受阻,排烟温度失控,甚至引发保护停机等事故。

氨逃逸过量进入大气环境,会对人体健康产生影响。氨被吸入肺后容易通过肺泡进入血液,与血红蛋白结合,破坏运氧功能。

​3 燃煤电厂氨的控制

针对上面分析的燃煤电厂氨产生的原因,主要从以下3 个方面解决问题。

(1)一次系统的优化改造,如流场、喷氨设备的均匀性调整等。

开展燃烧优化试验,做到在任何负荷下,喷

氨格栅断面NOx 均匀。例如:可以重新确定各荷下的氧量控制范围,降低脱硝装置入口NOx 数值和波动幅度。可以增加锅炉自动投切粉、自动启停磨煤机逻辑,判据除了引入氧量、负荷、粉量、煤量外,还可以引入脱硝装置入口NOx 作为前馈,使锅炉在大扰动的情况下,保证脱硝装置入口NOx 变化最小。

结合实际工况进行流场模拟设计,对喷氨格栅或涡流混合器进行分区优化,运行时实现全截面多点测量与喷氨分区优化及反馈,确保SCR 系统温度场、浓度场、速度场满足反应要求,实现系统稳定运行。

开展准确的烟道烟气流场试验和烟道喷氨格栅均布试验,做到在任何负荷下,喷氨格栅断面喷氨均匀,催化剂断面烟气流速均匀,与烟气量匹配。提高喷氨格栅均匀性,利用网格法实时监控喷氨格栅的均匀性。

(2)脱硝控制系统的优化,如自动调节系统的适应性和平稳性、测点的可靠性等。

提高自动调节系统的适应性,保证在任何工况下都能满足要求,将波动幅度控制到最小,尤其在大幅升降负荷和启停制粉系统时,避免NOx长时间处于较低的状态。

提高CEMS 测点的可靠性,可以通过增加测点数量或者提高维护质量来提高测点的可靠性。尽量降低由于测点故障引起的自动调节功能失效时间。

控制脱硝装置入口烟温在合理范围,保证催化剂工作在最佳工作温度,过高容易烧结,过低脱硝效率不高,容易中毒和失去活性。

(3)锅炉燃烧调整的优化,如燃烧自动调节系统对NOx 的兼顾和前馈等。

优化燃烧调整自动调节特性,在燃烧自动调节中考虑风粉自动调节对脱硝装置入口NOx 的影响,使脱硝装置入口NOx 在负荷波动和其他扰动下波动幅度最小,降低脱硝自动调节的难度。

优化脱硝测点反吹期间的控制策略。在自动调节逻辑中引入脱硝装置入口NOx 前馈信号和净烟气NOx 反馈信号。在反吹期间合理选择被调量,在反吹结束后,再切回原来的被调量,保证在反吹结束后NOx 参数平稳,不出现大幅跳变。

合理调整反吹时间和时段。杜绝两点和三点测点的同时反吹。当由于反吹时间间隔不同而出现同时反吹时,其中一点反吹时间自动提前或后延10 min,避免同时反吹。

合理确定AGC 响应速度。长期的负荷波动,给设备带来交变应力,大大降低使用寿命,对于环保参数的控制也极为不利。

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