一、研究及實施背景:
2014年9月12日,國家發(fā)改委、國家環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合發(fā)文“關(guān)于印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》的通知”中要求,穩(wěn)步推進(jìn)東部地區(qū)現(xiàn)役30萬千瓦及以上公用燃煤發(fā)電機(jī)組實施大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的環(huán)保改造。即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下,氮氧化物排放濃度分別不高于50毫克/立方米)。針對“行動計劃”,國內(nèi)火力發(fā)電集團(tuán)提出了“超凈排放”、“近零排放”、“超低排放”、“綠色發(fā)電”等類似的口號。
在節(jié)能減排行動方案及計劃的背景下,為確保煙氣達(dá)標(biāo)排放和節(jié)能減排效果,更好的解決脫硝系統(tǒng)出現(xiàn)的噴氨實時性差、過量噴氨、噴氨不均、空預(yù)器堵塞等問題,我進(jìn)行了SCR智能噴氨及分區(qū)控制方面的積極探索。
依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn),在NOx超低排放形勢下,脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行效率接近SCR技術(shù)的臨界值,過量噴氨風(fēng)險大,進(jìn)而導(dǎo)致以下問題:
(1)氨逃逸率大,增大了能耗;
(2)空預(yù)器堵塞,增大引風(fēng)機(jī)電耗;
(3)電除塵器極板、極線裹灰,影響除塵效率;
(4)煤灰中氨鹽含量高,影響煤灰的綜合利用;
(5)自動無法投入或效果差,增加了勞動強(qiáng)度;
綜上所述的問題均源于硫酸氫氨。以下為脫硝反應(yīng)方程式:
基本反應(yīng)方程式
4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2 (1)主要
4NO2 + 2NH3 + O2 3N2 + 6H2O (2)主要
6NO + 4NH3 5N2 + 6H2O (3)
6NO2 + 8NH3 7N2 + 12H2O (4)
副反應(yīng)方程式
SO2+1/2O2 SO3 (5)
NH3 + SO3 + H2O NH4HSO4 (6)
通過上述方程式分析得出以下致使硫酸氫氨生成的因素:
(1)催化劑的SO2/ SO3的轉(zhuǎn)化率;(<1%) (2)SO2的數(shù)量級; (3)鍋爐燃燒生成的SO3; (4)溫度; (5)氨逃逸量; 過量噴氨; (局部、整體){1、數(shù)據(jù)采集滯后2、流場及濃度場不均3、氨氮摩爾比(整體、局部)4、操作(手動、自動)} 動態(tài)調(diào)整; 催化劑性能; 通過上述分析得出,由于1-4基本屬于難以調(diào)控的變量,可控的過量噴氨就成了控制問題的關(guān)鍵, 二、解決方案: 1、技術(shù)路線:分區(qū)改造——分區(qū)實時測量——分區(qū)調(diào)平——總量控制
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問題
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比較
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市場產(chǎn)品
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使用產(chǎn)品
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1、數(shù)據(jù)采集的滯后問題;
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紅外紫外間接測量,響應(yīng)時間>100秒
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原位式儀表(專利)直測,響應(yīng)時間<3秒
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2、濃度場、流場隨負(fù)荷變化
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分區(qū)控制
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分區(qū)控制
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3、自動控制方案合理性問題
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前饋+目標(biāo)值閉環(huán)9(修正)
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動態(tài)氨氮摩爾比閉環(huán)(專利)
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4、噴氨格柵平衡度問題
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多點輪測
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多點同測(專利)
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2、針對數(shù)據(jù)采集(NOx/O2)的滯后問題;(采用原位式測量儀表)
原位式實時測量儀表與抽氣式CEMS比較:
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原位式實時測量儀表
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抽氣式CEMS
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系統(tǒng)組成
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現(xiàn)場傳感器+現(xiàn)場分析、控制單元;
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取樣探頭+取樣管路+系統(tǒng)預(yù)處理+紅(紫)外分析儀表;
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響應(yīng)時間
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實時測量響應(yīng)速度快;響應(yīng)時間<3s;
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響應(yīng)速度慢,一般>100s;
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分析原理
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半導(dǎo)體陶瓷氣體傳感器測量原理,現(xiàn)場直接測量,測量準(zhǔn)確性高,無零點漂移;
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紅(紫)外分析原理,容易受背景氣干擾影響,樣氣經(jīng)過部件環(huán)節(jié)過多,容易引起測量偏差;
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NOX 總量測量
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直接可以測量 NOX 總量,無需折算轉(zhuǎn)換,測NOX 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高;
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紅(紫)外分析儀只能測量 NO,不能直接測量 NOX 總量,需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換折算 NOX 總量;
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設(shè)備操作維護(hù)
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人性化觸摸式菜單,操作簡單,維護(hù)周期12周;
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系統(tǒng)環(huán)節(jié)多,預(yù)處理需日常維護(hù)檢修,維護(hù)周期平均為 1周;
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現(xiàn)場安裝方式
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測點位置現(xiàn)場安裝;
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取樣探頭安裝在現(xiàn)場,通過取樣管路輸送到分析機(jī)柜,分析機(jī)柜需安裝在分析小屋內(nèi);
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節(jié)能(減少氨耗)
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NOx目標(biāo)值可按42mg/Nm3運(yùn)行;
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由于滯后原因,無法實時噴氨
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三、實施案例:
某電廠350MW機(jī)組自超低改造以后一直存在著氨逃逸高、脫硝噴氨自動無法正常投入(控制不穩(wěn)定)、脫硝出口NOx數(shù)值與總排口NOx數(shù)值不匹配、還原劑(尿素)耗量過高、空預(yù)器堵塞嚴(yán)重清理周期短等問題,基于以上探索,采用氮氧化物實時技術(shù)路線進(jìn)行了精準(zhǔn)噴氨改造。
(一)流場優(yōu)化部分:
1、在省煤器出口水平煙道變徑內(nèi)設(shè)置 1 組大尺寸靜態(tài)混合器,該靜態(tài)混合器為三角翼形式,布置為單側(cè)導(dǎo)向,起到變徑導(dǎo)流和煙氣混合的作用;
2、修改上升煙道底部的 1 組導(dǎo)流板,使煙氣經(jīng)過導(dǎo)流板導(dǎo)流后煙氣流動角度得到矯正,另外弧板由原來的 90°直角形式改為60°,可降低煙氣灰分下落的阻力,可防止水平段煙道積灰;
3、SCR 上氣室增設(shè) 5 組導(dǎo)流板,起到均流的作用,消除整流格柵安裝間隙形成的局部高速區(qū);增設(shè) 2 組出口導(dǎo)流板,用于減少出口煙氣偏流對儀表測量結(jié)果和后續(xù)換熱器磨損等不良影響。
(二)噴氨格柵改造:
為實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)氨控制,原有的10套圓盤式渦流混合器拆除,重新安裝新型噴氨格柵;單側(cè)煙道噴氨格柵分7個區(qū),每個分區(qū)調(diào)門后包含4個格柵模塊,每個模塊設(shè)1個DN50手動門控制,由3根支管、30支末端噴管組成,單側(cè)煙道共計840支噴管,配套先進(jìn)控制邏輯算法,通過調(diào)整分區(qū)調(diào)門與格柵手動門,實現(xiàn)機(jī)組動態(tài)工況下的脫硝精準(zhǔn)噴氨。
(三)儀表及分區(qū)控制改造:
1、CEMS更換:本次改造#2機(jī)組拆除原SCR入口、出口CEMS儀表,更換為NCL1801原位式NOx多點分析儀,測量脫硝出入口NOx和O2濃度,脫硝系統(tǒng)單側(cè)煙道入口安裝2個測點,出口安裝4個測點,各測點相互獨立,同步測量實時輸出數(shù)據(jù);
2、原雙側(cè)共10支DN125噴氨管道全部拆除,改造為14支DN100噴氨管道,安裝手動一次門、文丘里流量計、氣動調(diào)節(jié)蝶閥及格柵模塊控制手動門。
3、DCS擴(kuò)展:所有新增測點信號接至本次技改新增DCS擴(kuò)展柜,通過光纜接至主機(jī)DCS,實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制。
通過上述改造以后,機(jī)組脫硝系統(tǒng)工況得到了極大的改善,脫硝自動投入正常,設(shè)定參數(shù)后不再需要人工監(jiān)視,氨逃逸大大降低,機(jī)側(cè)與實驗室手工測量都在1ppm的低水平運(yùn)行,通過三個月運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,還原劑消耗量下降約20%,空預(yù)器易堵問題得到極大改善,實現(xiàn)了精準(zhǔn)噴氨的改造效果。
綜上所述,基于實時測量技術(shù)路線的精準(zhǔn)噴氨方案能針對性的解決當(dāng)前脫硝系統(tǒng)的普遍痛點(測量滯后導(dǎo)致的控制策略失效),是值得推薦的精準(zhǔn)噴氨技術(shù)路線。