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600MW機組NOx超標的原因分析及預(yù)防處理

作者:王江波  來源:《科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新》 
評論: 更新日期:2020年09月20日

摘要:在NOx控制方面與發(fā)達國家相比我國燃煤電廠起步較晚,但隨著國家一系列環(huán)保法律法規(guī)的陸續(xù)出臺,NOx控制要求越來越高,脫硝控制技術(shù)近幾年也得到了快速的推廣和應(yīng)用。本文主要介紹鍋爐燃燒中NOx的產(chǎn)生原因以及預(yù)控處理NOx均值超標的幾種方法,同時對我廠SCR投退及相應(yīng)邏輯加以說明。

關(guān)鍵詞:火電廠;NOx;污染治理

1概述

我國能源消費以煤為主,約有90%二氧化硫、67%氮氧化物、70%煙塵排放量來自煤的燃燒。其中燃煤鍋爐等煙氣排放污染最為突出。煤燃燒生成的NOx以NO為主(90%以上),其次為NO2。容易造成酸雨等危害,對人的健康也有很大影響。因此必須進行脫硝處理,治理措施主要分為燃燒過程控制和燃燒后煙氣脫硝技術(shù)。前者包括低NOx燃燒、燃燒優(yōu)化調(diào)整、再燃技術(shù)等。后者包括選擇性催化還原(SCR)技術(shù)、選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù)、聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)等。下面主要介紹NOx危害及鍋爐燃燒中NOx的生成、預(yù)防、處理予以介紹,同時對我廠SCR脫硝技術(shù)予以簡單介紹。

2氮氧化物及其危害

2.1氮氧化物種類

一般意義上的氮氧化物包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等,統(tǒng)稱為NOx。其中,對大氣造成污染的主要是NO、NO2和N2O。

2.2NOx對環(huán)境的危害

2.2.1引發(fā)酸雨和硝酸鹽沉積

NOx排入大氣后會發(fā)生如下反應(yīng):

1.jpg

生成的硝酸導(dǎo)致降雨的pH降低,當降雨的pH<5.6時,雨水呈酸性,被稱為酸雨或硝酸鹽沉降。

2.2.2引發(fā)光化學(xué)煙霧

NOx和碳氫化合物(hydrocarbons,CmHn)是引發(fā)光化學(xué)煙霧的主要物質(zhì)。

光化學(xué)煙霧屬于二次污染,大氣中的NOx和碳氫化合物在強光照射下將發(fā)生如下反應(yīng):

2.jpg

造成近地面空氣中O3和PAN(過氧化乙酰硝酸鹽)濃度升高,危害對人的呼吸系統(tǒng)和動植物的發(fā)育。

2.2.3N2O對環(huán)境的危害

N2O是在燃燒的起始階段形成的極其穩(wěn)定的一種氮氧化物,可以在大氣中存在上百年。可以破壞臭氧層,是一種危害很大的有害氣體。

N2O、CFCS等物質(zhì)在紫外線照射下使O3分解為O2:

3.jpg

3鍋爐燃燒中NOx的產(chǎn)生途徑

3.1熱力型NOx:是空氣中氮在高溫(400℃以上)下氧化產(chǎn)生。

3.2快速型NOx:是由于燃料揮發(fā)物中碳氫化合物高溫分解生

成的CH自由基和空氣中氮氣反應(yīng)生成HCN和N,再進一步與氧氣作用以極快的速度生成NOx。

3.3燃料型NOx:是燃料中含氮化合物在氧化生成的NOx,稱為燃料型NOx。

這三種類型的NOx,其各自的生成量和煤的燃燒溫度有關(guān),在電廠鍋爐中燃料型NOx是最主要的,其占NOx總量的60~80%,熱力型其次,快速型最少。

4降低燃燒生成NOx的方法

4.1燃料型NOx:在燃用揮發(fā)分較高的煙煤時,燃料型NOx含量較多,快速型NOx極少。燃料型NOx是空氣中的氧與煤中氮元素熱解產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)生成NOx,燃料中氮并非全部轉(zhuǎn)變?yōu)镹Ox,它存在一個轉(zhuǎn)換率,要控制NOx的排放總量,可以采取如下措施控制:

4.1.1減少燃燒的過量空氣系數(shù);

4.1.2控制燃料與空氣的前期混合;

4.1.3提高入爐的局部燃料濃度。

4.2熱力型NOx:是燃燒時空氣中的氮氣和氧氣在高溫下生成NOx,產(chǎn)生的主要條件是高溫使氮分子游離增強化學(xué)活性;然后是高的氧濃度,要減少熱力型NOx的生成,可采取如下辦法控制:

4.2.1減少燃燒最高溫度區(qū)域范圍;

4.2.2降低鍋爐燃燒的峰值溫度;

4.3降低燃燒的過量空氣系數(shù)和局部氧濃度。

5NOx均值超標的原因及預(yù)防處理措施

5.1原因:

5.1.1CEMS顯示異常;

5.1.2噴氨調(diào)門卡澀,噴氨量偏小;

5.1.3燃燒調(diào)整不當,氧量偏大;

5.1.4煤質(zhì)變差;

5.1.5投用上層磨煤機;

5.1.6催化劑積灰;

5.1.7SCR入口煙溫低低,催化劑活性降低;

5.1.8催化劑失效。

5.2處理措施:

5.2.1爐燃燒穩(wěn)定、脫硝出入口NOx穩(wěn)定,噴氨量等參數(shù)穩(wěn)定情況下,脫硫出口NOx超標情況,一般判斷為CEMS顯示異常,聯(lián)系檢修檢查處理。

5.2.2噴氨調(diào)門卡澀導(dǎo)致噴氨量偏小,NOx超標,可切至手動活動調(diào)門至正常,多次活動無效聯(lián)系檢修處理;在此過程中可增大正常側(cè)調(diào)門開度或通過降低氧量等其它方法保持出口總NOx不超標。

5.2.3燃燒調(diào)整不當導(dǎo)致的NOx超標應(yīng)維持燃燒穩(wěn)定,適當降低鍋爐氧量以降低脫硝入口NOx。

5.2.4運行應(yīng)實時了解各煤倉煤質(zhì)情況,避免因煤質(zhì)變化引起的NOx大幅波動造成出口均值超標。燃用較差煤質(zhì)磨煤機時脫硝入口NOx會偏大,甚至導(dǎo)致出口NOx超標,這時應(yīng)適當降低劣煤磨煤量,并配合降氧量、開大上層風門擋板等方法維持NOx合格穩(wěn)定。

6我廠脫銷投運要求及邏輯

6.1脫硝系統(tǒng)運行要求

6.1.1脫硝投退,根據(jù)SCR入口煙溫及時操作,做好投退記錄。

6.1.2引風機啟動后,稀釋風機保持連續(xù)運行。

6.1.3脫硝系統(tǒng)投退前,應(yīng)與項目部化學(xué)專業(yè)氨區(qū)值班員做好聯(lián)系,聯(lián)系電話7058、7031。

6.1.4氮氧化物排放以脫硫出口為準,脫硫出口NOx按80~100mg/Nm3控制,并確保SCR出口NOx不小于50mg/Nm3,并與脫硫出口NOx分析對照,超標時應(yīng)分析原因,并做好記錄,以備環(huán)保局檢查。

6.1.5SCR出口、脫硫出口NOx偏差大于30mg/Nm3,應(yīng)檢查分析原因。因表計偏差造成的脫硫出口NOx超標,及時通知環(huán)保主管。

6.1.6SCR入口NOx高于對應(yīng)負荷設(shè)計值時,要及時進行調(diào)整,減小脫硝壓力,避免排放超標。

6.1.7監(jiān)視氨逃逸表,控制氨逃逸≯3ppm。根據(jù)噴氨調(diào)門開度結(jié)合氨逃逸表數(shù)值、變化趨勢綜合分析判斷,同時注意AB兩側(cè)對照分析。在噴氨量異常增大、噴氨調(diào)門開度大時,氨逃逸量有增大趨勢時適當減小噴氨量觀察。

6.1.8脫硝定期工作按要求執(zhí)行;SCR聲波吹灰連續(xù)運行,蒸汽吹灰定期投入;空預(yù)器吹灰熱端每班1次,冷端每班3次。

6.2SCR反應(yīng)器跳閘邏輯

6.2.1鍋爐MFT;

6.2.2供氨壓力<0.1MPa與上A側(cè)或B側(cè)氨氣流量小于50kg/h,延時5min;

6.2.3兩臺稀釋風機均停延時2秒;

6.2.4對應(yīng)反應(yīng)器側(cè)稀釋空氣流量<4500Nm3/h,延時10s;

6.2.5對應(yīng)反應(yīng)器側(cè)入口煙氣溫度<290℃,延時5s;

6.2.6對應(yīng)反應(yīng)器側(cè)入口煙氣溫度>420℃,延時5s;

6.2.7對應(yīng)側(cè)空預(yù)器跳閘,延時35s。

7單側(cè)空預(yù)器跳閘后及恢復(fù)時保證脫硝投入率分析

7.1在現(xiàn)有系統(tǒng)下單側(cè)預(yù)熱器跳閘后及恢復(fù)時保證脫硝投入率的分析:

7.1.1參數(shù)分析:

(1)負荷300MW,風量1160T/H,煤量143T/H。

1.jpg

出口NOx值可在正常范圍內(nèi)任意調(diào)整。

(2)、假設(shè)A預(yù)熱器跳閘,B側(cè)單側(cè)通煙氣量情況如下:

2.jpg

(3)A側(cè)預(yù)熱器通10%煙氣量情況:

3.jpg

7.1.2A預(yù)熱器恢復(fù)情況分析:

(1)若單側(cè)通煙氣出口NOx可控制50mg/Nm3,此時出口NOx為53+50=103mg/Nm3。

根據(jù)分析情況看,在正常情況下,兩側(cè)脫硝投入噴氨量可控制較小,同時可以提前上好煤,調(diào)整燃燒方式,入口NOx仍有較大調(diào)整余地,理論上應(yīng)能滿足要求。氨空比方面,現(xiàn)在一臺稀釋風機運行且其出口門還在節(jié)流狀態(tài)運行,所以通過開大出口門、啟動備用風機運行應(yīng)能滿足氨空比在正常范圍內(nèi)。

(2)根據(jù)分析情況看,恢復(fù)過程出口NOx應(yīng)能控制在正常范圍內(nèi),主要需考慮以下三個問題:

a.單側(cè)通煙氣是否能維持出口NOx50mg/Nm3或最低可維持多少。

b.能否通過控制煙氣擋板使煙氣量從0線性上升,是否穩(wěn)定。

c.若煙氣量可以從0線性上升且穩(wěn)定,A預(yù)熱器恢復(fù)時最小通多少煙氣量可將其脫硝入口煙溫提起,滿足催化劑運行要求。

7.2通過系統(tǒng)的改造以滿足要求:

7.2.1改造方案:拆除原A、B側(cè)脫硝入口煙氣擋板,增加A、B側(cè)脫硝出口空預(yù)器入口煙氣擋板,在脫硝出口、空預(yù)器煙氣入口擋板前增加A、B側(cè)脫硝聯(lián)絡(luò)擋板。

7.2.2運行情況分析:改造后若單臺空預(yù)器跳閘,跳閘側(cè)煙氣可經(jīng)過跳閘側(cè)脫硝系統(tǒng)在空預(yù)器入口煙氣擋板前匯入運行側(cè),降低了運行側(cè)脫硝系統(tǒng)的負荷,另外在單臺空預(yù)器跳閘后恢復(fù)過程中避免了NOx暫時超標的情況發(fā)生。同時有效避免了單側(cè)通煙氣時氨氣過噴、氨空比太大對空預(yù)器以及后面煙道造成堵塞及腐蝕的情況。

8結(jié)論

NOx的排放引發(fā)的環(huán)境問題已給人體健康和生態(tài)環(huán)境造成巨大威脅。NOx可通過皮膚接觸和攝入被污染的食品進入消化道,對人體造成危害,也可以通過呼吸道吸入人體,給人體造成更為嚴重的傷害。

本文闡述了燃燒過程NOx的產(chǎn)生機理,以及燃燒過程中幾種主要的煙氣脫硝技術(shù)。并對可能造成NOx超標的原因及預(yù)防處理措施予以介紹說明,同時對預(yù)熱器跳閘后如何保證脫銷投入率的情況進行了分析。

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