SCR脱硝系统高效稳定运行的保障技术及措施

,SCR脱硝系统高效稳定运行的保障技术及措施,2015年9月,目录,1,2,3,4,5,背景介绍,低负荷工况下SCR无法投运的改造技术,提高氨利用率的运行调整措施,提高氨利用率的控制改造技术,6,结语,保障SCR入口参数均匀的技术措施,至2015年，我国占装机容量87%的火电机组按照国家要求积极投运了SCR脱硝系统。然而投运的SCR设备却出现了众多问题：1）低负荷因烟温低无法投运；2）催化剂磨损和堵塞严重；3）氨利用率低逃逸量大引发空预器堵塞等，从而严重影响了机组运行的安全性、稳定性和经济性。加之，正在执行的烟气超低排放政策要求SCR脱硝系统运行更为高效和稳定。,背景介绍,背景介绍,空预器堵塞,催化剂堵塞,催化剂磨穿,一般而言，SCR催化剂的适宜运行温度在310-400。但是，较多机组在低负荷（50%ECR工况）时，SCR入口烟温在300以下，导致SCR无法投运。因此，只有采取措施来提升SCR入口烟温以满足投运要求。目前正在应用的改造技术可分为两种：1）烟气侧，增设烟气旁路或分割省煤器等；2）水侧，加装给水旁路或引入高温水源等。,低负荷工况下SCR无法投运的改造技术,按照DL/T296-2011火电厂烟气脱硝技术导则的要求，对SCR入口的风速和温度的均匀性有明确规定，即：速度偏差在15%之间，温度偏差在10之间，为此增设烟气导流板，且利用数模和物模辅以设计。然而，由于设计失察、安装不当以及运行磨损等因素，部分SCR装置投运后脱硝催化剂出现了较为严重的磨损和堵塞问题。,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,问题分析,A侧,B侧,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,改造前试验测试（速度场）,脱硝入口水平烟道,流速基本均匀，15m/s扰动，蓝色靠近底部，速度偏高,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,改造前试验测试（浓度场）,脱硝入口水平烟道,额定负荷，脱硝入口水平段，四周贴壁位置浓度较高，烟道中部浓度较低，飞灰浓度分布非常不均匀。0.8m处，浓度偏高，所占比重较大。1.8m处最低,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,简化模型,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,改造前,改造前速度场,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,改造前,1.催化剂的磨损与流速的三次方成正比、与颗粒的浓度成正比，与颗粒的直径三次方成正比,2.流速均匀的情况下，磨损主要与入口浓度及颗粒度分布有关,3.惯性富集、上升段高速携带，不易扩散,4.进行大量的模拟工况，最终基于两点采取措施（1）阻止颗粒贴壁富集，（2）水平段颗粒浓度上移。,改造前颗粒场,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,改造后(最终),改造后速度场,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,改造后(最终),改造后颗粒场,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,改造后试验测试（速度场）,脱硝入口水平烟道,经过导流板优化后，脱硝入口烟道水平段烟气流速分布均匀性较好(均在15m/s左右波动）。,改造前后流速分布变化不大，均匀性与改造前基本一致，与模化结果相符。,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,改造后试验测试（浓度场）,脱硝入口水平烟道,脱硝系统导流板改造使飞灰颗粒浓度在烟道断面上的分布规律发生了明显变化，烟道下部飞灰浓度降低，烟道中部和上部飞灰浓度升高，飞灰颗粒向烟道上部移动。该试验结果与导流板改造的设想及模拟结果相吻合，实现了导流板改造的目的。,改造前,改造后,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,改造后试验测试（速度场）,脱硝入口竖直烟道,额定负荷下流速分布基本均匀，约为7m/s，在距离前后壁面2m左右位置流速稍低，其他位置流速较为均匀。左右均匀，脱硝系统导流装置优化后烟道前后流场均匀与模化结果相符。,保障SCR入口参数均匀性的技术措施,改造后试验测试（浓度场）,脱硝入口竖直烟道,经过脱硝系统导流装置优化，烟道内飞灰颗粒的分布整体向烟道后部移动，烟道内距离前墙深度08m左右范围飞灰浓度分布均匀一致，基本实现了导流装置优化的目的，烟道后部1.5米左右范围内飞灰浓度相对较低。,DL/T296-2011火电厂烟气脱硝技术导则要求SCR入口的氨/氮摩尔比的偏差在10%之间，这主要是为了提高氨的利用率，防止过量氨逃逸对下游设备产生不利影响，缩短催化剂寿命，降低运行经济性。由于运行工况的变化、设备状况的改变，使得氨/氮摩尔比会发生变化，因而必须在运行中对喷氨格栅各阀门进行调整优化。,提高氨利用率的运行调整措施,提高氨利用率的运行调整措施,案例一：某电厂600MW的#2机组在环保验收时，发现SCR出口NOx与烟囱入口NOx偏差较大，存在“倒挂”现象。,提高氨利用率的运行调整措施,#2机组SCR装置喷氨优化调整前后NOx浓度分布均匀性对比,提高氨利用率的运行调整措施,优化调整前后反应器出口NOx分布相对标准偏差明显降低,提高氨利用率的运行调整措施,NOx浓度“倒挂”现象消除，脱硝效率和NOx排放浓度双达标,提高氨利用率的运行调整措施,案例二、某300MW机组运行期间发现，B侧空预器阻力明显升高,调整前，空预器压差（180MW）A侧1.0kPa，B侧1.5kPa,提高氨利用率的运行调整措施,15s,同时，DCS显示机组在270MW工况下，空预器A侧一次风差压由1.1kPa陡然增至4.0kPa并超出量程，持续15秒左右，严重影响机组安全经济运行。,提高氨利用率的运行调整措施,为此，建议电厂降低燃煤含硫量，加强吹灰频次，进行喷氨优化调整控制氨逃逸浓度。喷氨优化调整后，机组同样在270MW工况下，空预器A侧一次风差压4.0kPa仅持续6秒左右。,6s,提高氨利用率的运行调整措施,采取上述措施后，空预器压差有明显下降趋势。,调整后14天，空预器压差（180MW）A侧0.8kPa，B侧0.8kPa,除了调整喷氨格栅来优化SCR入口的氨/氮摩尔比外，运行中还发现较多投入喷氨自动控制的机组运行十分不稳定，而人工控制则难免存在监控不到位的状况，导致NOx排放不达标现象时有发生，严重影响到电厂脱硝电价的获取，并对电厂声誉产生不利影响。因此，有必要对喷氨自动控制存在问题进行研究，相应提出改造措施以提高氨利用率。,提高氨利用率的控制改造技术,提高氨利用率的控制改造技术,目前控制策略超调严重，氨气逃逸量较大,提高氨利用率的控制改造技术,喷氨量对出口NOx的阶跃响应模型曲线,NOx化学反应属于典型纯延迟大惯性系统。常规PID控制基础基于当前控制偏差计算获得当前时刻控制输出，对于纯延迟大惯性系统控制性能不足，无法实现长周期全过程的整体优化控制。,控制系统超调机理分析,结论：采用常规前馈回路+PID等控制方法具有先天的局限性，无法避免超调发生。,提高氨利用率的控制改造技术,提高氨利用率的控制改造技术,喷氨效果评价和分析,提高氨利用率的控制改造技术,优化前,优化后,提高氨利用率的控制改造技术,某电厂#5机组优化前后出口NOx参数性能对照表-72小时,提高氨利用率的控制改造技术,节约喷氨量，经济性增强在环保指标允许范围内（小时均值小于100mg/Nm3)，减少脱硝氨气耗用量10-25%。,运行稳定，氨逃逸减少脱硝出