脫硝出口與總排口氮氧化物濃度“倒掛”問題淺析

引言

近年來由于我國霧霾天氣愈發嚴重，國家和地方政府加大控制煙氣排放污染物力度，提出一系列史上最嚴格的排放標準。早在2011年7月發布的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）中，對不同地區、不同燃煤機組的NOX排放進行了嚴格的規定，其中重點地區排放標準要求氮氧化物≤100mg/Nm3。2014年9月國家三部委又下發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2016-2020年）》，要求到2020年，現役60萬千瓦及以上燃煤機組、東部地區30萬千瓦及以上公用燃煤發電機組、10萬千瓦及以上自備燃煤發電機組及其它有條件的燃煤發電機組，改造后大氣污染物排放濃度要求基本達到燃氣輪機組排放限值，即煙塵≤10mg/Nm3、SO?≤35mg/Nm3、氮氧化物≤50mg/Nm3。這就對脫硝裝置的達標排放提出了更高的要求，目前已經投運的SCR脫硝出口、總排口都設置有CEMS在線監測儀表，其中總排口的CEMS在線測量數據上傳至當地環保部門。

在實際運行過程中，也逐漸暴露出一些較為普遍的問題，如：煙氣流場分布均勻性、流速和煙溫控制、AIG噴氨分配、催化劑性能、CEMS在線測點布置等，影響機組的安全、穩定運行，同時也給節能減排工作帶來困難。

本文通過對某廠2號機組脫硝運行中經常發生的SCR出口與煙囪入口測量NOx濃度值“倒掛”問題（即總排口測量值大于SCR出口測量值產生的偏差問題）進行簡單分析，便于發電企業及時排查問題來源，優化脫硝系統的日常運行管理。

概述

1系統概況

某廠2號機組為660MW超臨界直流燃煤機組，脫硝系統采用低氮燃燒和選擇性催化還原法(SCR)工藝，高含塵布置，即SCR反應器布置在鍋爐省煤器出和空氣預熱器之間，不設旁路系統，還原劑為液氨。設計入口NOx為250mg/m3，脫硝裝置安裝了備用層催化劑，即目前為“2+1”層催化劑。

2系統控制遇到的主要問題

1）、脫硝出口濃度分布均勻性、氨逃逸

在570MW負荷下，脫硝A、B側出口各測孔不同深度NOx濃度和氨逃逸量差別較大，如圖1所示。

圖1 脫硝A側出口NOx濃度分布（570MW）

圖2 脫硝A側出口氨逃逸分布（570MW）

由圖1、圖2可知，脫硝A側出口各測孔NOX濃度分布均勻性差，NOx濃度相對平均標準偏差為52.8%（其中，部分測孔的深度3處NOx濃度非常大，且對應的噴氨支管原始開度均處于最大狀態，優化調整過程中，無法對測孔的深度3處NOx濃度進行調平，初步判斷造成這種現象的原因是對應的噴氨支管堵塞）。氨逃逸平均值為4.9ppm，且多數測孔氨逃逸濃度均超過設計值2.5ppm。

脫硝B側出口NOx濃度及氨逃逸分布見圖3、圖4。

圖3 脫硝B側出口NOx濃度分布（570MW）

圖4 脫硝B側出口氨逃逸分布（570MW）

由圖3、圖4可知，脫硝B側出口各測孔NOx濃度分布均勻性差，NOx濃度相對平均標準偏差為78.0%，氨逃逸平均值為2.9ppm。

2）、空預器壓差

該廠2號機組于2016年12月完成超低排放改造，脫硝系統新增一層催化劑。2017年11月，2號機組氨耗量逐漸增大，空預器壓差也有上升的趨勢，2018年1月初，560MW工況條件下，A、B側空預器壓差分別上升至1.8KPa、2.5KPa。

經噴氨優化調整后，空預器壓差變化如圖5所示。

圖5 空預器壓差變化（2018.01.08-2018.01.19）

從圖5可以看出（紅色代表機組負荷，藍色代表A側空預器壓差，綠色代表B側空預器壓差），通過噴氨優化調整試驗，使得氨逃逸濃度、空預器壓差得到明顯的降低，其中A側空預器壓差由1.8Kpa降至1.2Kpa，B側由 2.5Kpa降至 1.8Kpa（560MW負荷），有效解決了空預器壓差大的問題。

3）、倒掛

目前脫硝裝置運行中脫硝出口與總排口氮氧化物濃度存在偏差，SCR反應器出口NOx濃度均值較煙囪總排口NOx數值偏低10-15mg/m3，導致氮氧化物濃度產生 “倒掛”問題。

通過對比某一天脫硝以及脫硫CEMS在線數據，脫硝A、B側出口均值較脫硫出口低12mg/m3，如圖6所示。

圖6氮氧化物濃度分布曲線

3原因分析

1）、在線表計問題

電廠在脫硝反應器入口、出口以及總排口均安裝有CEMS在線測量儀表，便于對污染物排放的實時監控，氮氧化物采用抽取法單點連續測量，并根據O2含量折算成標況下數值。

通過標氣對各測點CEMS裝置進行校驗比對以及使用已校驗的便捷式煙氣測試儀（NOVA PLUS多功能煙氣分析儀）對CEMS裝置尾氣測量比對（差值為1-2mg/m3），排除CEMS在線儀表測量誤差造成的影響。

2）、脫硝出口截面NOX濃度分布均勻性差、測點布置問題

脫硝使用的催化通道橫截面積過大，無法達到NOx、氧均勻分布，無法將催化還原反應達到最大的結果。

根據上面脫硝出口NOx濃度分布數值可以看出，靠近煙道中心位置的NOx濃度較高，依次向兩側遞減，同時在同一測孔截面上不同深度的NOx濃度分布也不均勻，各測點不同深度的濃度值差異較大。

CEMS在線取樣點布置偏離煙道中心，且只有一個深度的測量值，代表性較差，在脫硝實際運行中煙氣流場不能做到完全分布均勻，只有單點測量的CEMS數值是造成脫硝出口NOx濃度較總排口低（即倒掛）的主要原因。

3）、運行控制方式

目前機組運行中的脫硝控制方式普遍采用脫硝出口NOx濃度為控制點來保證氮氧化物濃度排放達標，這種控制方式也會導致倒掛現象的產生。而且如果僅考慮SCR反應器出口濃度的變化，而忽略SCR反應器進口NOx濃度過高，一味將出口濃度設定偏低的話，有可能會超出催化劑的脫硝能力，容易造成噴氨過量、催化劑提前失效、空預器堵塞等。

4解決方法

1）、調整NOx出口測點位置，增加在線取樣點，接近煙道截面中心位置有利于測量準確，根據不同機組煙道截面位置不同，不能一概而論選擇定值進行在線取樣點的安裝。

2）、定期對脫硫、脫硝的進出口NOx濃度進行比對，結合試驗數據，掌握機組脫硝系統出口、總排口斷面的NOx濃度分布情況，及時調整在線測點的位置或者儀表。

3）通過噴氨優化調整試驗，修正SCR反應器出口NOx濃度值、改善NOx濃度分布均勻性，避免脫硝運行中煙氣流場的不均勻分布，導致在線采樣點的CEMS示值誤差。

4）綜合脫硝效率和脫硝出口NOx濃度值因素，合理調整機組脫硝裝置的運行控制。