某电厂锅炉SNCR脱硝系统优化运行及常见问题、异常情况分析处理

垃圾发电搬砖工 今天

1脱硝工艺概述
某电厂2×300MW机组采用上海汽轮机厂生产的N300-16.7/538/538型300MW中间再热空冷凝汽式汽轮机，本装置是双缸、双排汽、空冷、中间再热、凝汽式汽轮机。2007年12月正式投入商业运行，2014年8月15日，#1、2机组完成循环流化床锅炉脱硝改造168小时试运投入运行。
某电厂为2×300MW循环流化床锅炉机组，脱硝系统采用SNCR技术，其原理是采用尿素溶液在锅炉旋风分离器内，吸收高温烟气的热量热解为氨（NH3），并于烟气中的氮氧化物（NOX）进行还原反应生成氮气（N2）和水（H2O）过程，我先介绍以下电厂脱硝系统主要运行参数：
1）脱硝效率在50%以上时，出口NOx在排放100mg/m3以下。
2）尿素储存箱尿素设计浓度50%。
3）混合器出口尿素浓度在4~8%。
4）稀释水泵流量在2.5~6t/h。

2 SNCR脱硝技术简介
1）尿素脱硝工艺(SNCR)被广泛推广的环保技术之一。
主要应用于各大、中型火力发电厂，并成为国内新建火电厂烟气脱硝推广工艺技术。
2）SNCR与SCR脱硝技术比较。
优点：投资少、无毒、无污染，还原剂不会产生爆炸，选址无特殊要求和防护等。
缺点：运行成本高，尿素消耗量大，脱硝效率相对较低，成本受季节影响较大等。

3 脱硝NOx产生原因分析
1） 燃料型。燃料组成成分及挥发份、热值、SO2含量的不同，对NOx产生影响较为明显，这里不做详细论述。
2） 氧化型。在炉温变化不大情况下，锅炉过剩空气系数越大。NOx产生量越多，是NOx产生主要原因之一。
3） 热力型。锅炉温度越高，炉内温度分布不均匀。NOx产生量越大，是NOx产生最主要原因。
4） 催化剂型。蒙西电厂采用炉内干法---炉外湿法联合脱硫，炉内干法脱硫剂---石灰石是NOx催化剂，控制炉内干法--石灰石用量，可以减少NOx生成量。

4 蒙西电厂脱硝系统存在问题分析
4.1脱硝自动设计不合理。
1）尿素输送泵、稀释水泵出口，混合器入口无压力测点。
2）尿素输送泵是变频电机，稀释水泵电机是工频电机，
3）尿素输送泵电机变频自动，跟踪稀释水泵出口门前压力。
4）脱硝尿素输送泵混合器调门跟踪净烟气NOx，稀释水泵混合器调门跟踪尿素输送泵流量，比例为1:4，当尿素输送泵混合器调门开大过程中，稀释水泵出口门前压力降低较明显，尿素输送泵电机频率降低，反之升高。
4.2 炉内干法-石灰石脱硫Ca/S偏大，石灰石利用率偏低。炉内干法-石灰石脱硫自动不能投入，调整不及时，过剩石灰石造成NOx大量产生。
4.3炉内干法-石灰石系统运行稳定不好，石灰石-旋转给料阀不能实现自动调节。是造成NOx跟随炉温、石灰石加入量大幅波动。如：不下料、下料不均匀，石灰石旋转给料阀调节特性差等原因。
4.4炉内干法-石灰石脱硫反应是吸热反应过程。
1）石灰石从环境温度加热到与SO2反应温度。
2）炉内脱硫是热力型反应，需要吸收炉内热量。
4.5蒙西电厂脱硫、脱硝系统不是按照超净排放参数设计的。为了满足超净排放要求，启用炉内-干法脱硫，增加脱硝系统不稳定性和压力。
4.6脱硝尿素浓度配比不合理。机组长时间低负荷运行时，尿素浓度配比不合理，净烟气NOx长时间保持较低值运行，造成尿素溶液浪费。
4.7机组负荷变化率大。锅炉调整存在一定滞后性，炉温控制、过剩空气控制、炉内石灰石调节不及时，达不到与机组负荷变化同步，造成NOx大量产生，是造成尿素消耗量快速增加原因之一。

5 脱硝系统的运行优化
5.1尿素自动的运行优化；
根据运行试验和摸索，在保证净烟气NOx浓度符合超净排放环保要求的前提下，为了降低脱硝系统的运行成本减少尿素消耗量。对我厂脱硝系统进行运行优化,运行优化具体内容如下：
1）尿素输送泵电机变频自动跟踪目标值，由跟踪尿素稀释水泵出口门前压力，改为跟踪尿素输送泵出口门前压力。
2）当尿素输送泵流量小于0.6t/h，保持尿素输送泵门前压力不低于0.6 MPa，当尿素输送泵流量大于0.6t/h，尿素输送泵门前压力不低于0.8MPa。
3）当尿素输送泵出口流量大于1.0t/h时，尿素输送泵出口门前压力低于0.6 MPa时，尿素泵电机变频直接升至50Hz，提高尿素输送泵响应速率。
4）脱硝画面截图

5.2脱硝尿素浓度运行优化；
机组低负荷运行、燃烧比较稳定时，尿素浓度在50%时（设计浓度），尿素输送泵电机频率最低30%时，混合器出口调门最低10%时，尿素输送泵流量0.23t/h左右，吸收塔净烟气NOx值控制偏低，通过运行优化，保证超净排放前提下，尿素溶液浓度保持在38%，在低负荷能够降低尿素用量效果明显，高负荷运行时，通过增加尿素输送泵流量，能够控制吸收塔净烟气NOx值在30mg/m3范围以内，满足超净排放要求。
5.3干法-湿法联合脱硫运行优化；
某电厂脱硫工艺采用炉内干法-炉外湿法联合协调脱硫运行方式。
优点：能够适应煤质硫份变化，在70%负荷率以下，能够提高掺烧高硫煤比例。
缺点：炉内干法脱硫剂-石灰石是NOx催化剂 。在条件允许情况下，以湿法脱硫为主，湿法脱硫不能满足超净排放要求时，在投入炉内-干法脱硫，采取措施有：
1）严格控制吸收塔入口SO2含量。吸收塔入口SO2含量控制在1600～2400mg/m3。
2）低负荷运行时吸收塔入口SO2含量保持上限运行，高负荷运行时吸收塔入口SO2含量保持下限运行，既能满足脱硫超净排放，减少石灰石对NOx催化生成作用，降低尿素消耗量。
5.4炉内—炉外联合脱硫，净烟气SO2、原烟气SO2、NOx变化。

5.5 炉内—炉外联合脱硫，净烟气SO2、原烟气SO2、NOx波幅变

5.6机组负荷快速变化时脱硝自动优化；
机组负荷快速增加或降低时，由于炉温控制、炉内干法脱硫石灰石控制存在惯性和滞后。
1）当尿素输送泵流量大于1.4t/h（尿素输送泵最大流量1.6t/h），净烟气NOX含量大于30mg/m3时，发声光报警，手动工频启动备用尿素输送泵。
2) 净烟气NOX含量低于25mg/m3时，尿素输送泵流量小于1.2t/h，手动停止备用尿素输送泵，保证净烟气NOX不超标情况下，降低尿素用量。
3) 运行中严禁解列脱硝自动，出现参数异常，可临时解列自动，参数正常后，立即恢复自动运行方式。

6 优化经济指标对比
6.1 超净排放月度经济指标；

注：4月份没有实行超净排放，亿Kwh尿素用量50吨，5月份开始进行超净排放试验。
6.2脱硝超净排放月度经济指标变化曲线；

7 不同负荷下参数汇总
7.1 2016年超净排放运行参数表

注：单台尿素输送泵最大出力1.6t/h，流量计最大显示1.9t/h，负荷大幅波动时，两台尿素输送泵运行，流量按照=1.6×2×0.8计算得出，仅供参考。
7.2不同运行工况下，尿素用量与混合器浓度曲线

8 脱硝自动曲线
8.1 #1机组脱硝自动优化后，尿素流量与调门曲线截图
2016.7.30 12:04～2016.7.30 19:05 7小时曲线

8.2 #1机组脱硝自动优化后，尿素流量与调门曲线截图
2016.7.30 6:53～2016.7.31 1:02 16小时曲线

8.3 #2机组脱硝自动优化后，尿素流量与调门曲线截图
2016.11.12 1:30～2016.11.12 8:04 7小时

8.4 #2机组脱硝自动优化后，尿素流量与调门曲线截图
2016.11.6 3:52～2016.11.7 19:53 32小时曲线

9 脱硝自动优化运行总结
9.1 尿素输送泵混合器调门与流量变化特性
1）低负荷运行时，尿素输送泵流量0.23t/h。
2）单台尿素输送泵运行时，尿素输送泵混合器调门与流量大幅波动，短时间内流量和调门变化范围较大，流量变化范围主要集中范围在0.3～1.2t/h，调门变化范围主要集中范围在25 ～90%之间。
3）两台尿素输送泵运行时，表现为流量、调门开度在表计最大量程处直线运行。
9.2 脱硝自动实现以下目标：
1）自动实时性。
2）自动稳定性。
3）降低尿素消耗量。

10 脱硝经济指标分析
1） 某电厂在超净排放以前，脱硝亿Kwh电量尿素消耗量30～50吨，脱硝系统一直保持手动运行方式，流量控制在最低，尿素储存箱浓度在10%左右，混合器出口尿素浓度在2～4%之间，能够满足机组NOx排放要求。
2） 2016年5月，某电厂开始进行超净排放试验，当月尿素消耗量就达到104吨。
3） 2016年6月份，某电厂全月按照超净排放标准控制参数，当月尿素消耗量达到160吨。给厂里经营带来很大压力。
4） 2016年10月份，脱硝系统尿素消耗量与优化前的6月份相比，亿Kwh电量尿素消耗量减少65吨。
5） 2016年，某电厂预计发电量26亿Kwh，按照每吨尿素1500元计算，按照10月份尿素消耗量计算，一年降低脱硝尿素成本253.5万元。

11 脱硝设备异常及处理经验
11.1尿素输送泵出力不足？
1）联系检修清理尿素输送泵入口滤网。
2）检查备用泵出口逆止门。
11.2地坑泵（残液泵）不上水如何处理？
关闭放水总门，开启稀释水箱放水门，稍开总放水门，放水管道流出热水，关闭总放水门，开启地坑泵注水门，注水一分钟，关闭注水门，稀释水箱放水门。
11.3尿素储存箱响声异常原因？
1）尿素储存箱温度低，投入蒸气加热。
2）搅拌器机械故障，联系检修。
11.4氨逃逸在线信号报警，如何处理？
1）检查喷枪流量是否均匀。
2）压缩空气压力是否正常。
3）混合器出口尿素浓度是否超过设计浓度。
4）提高稀释水量或降低尿素流量。
5）联系检修检查喷枪是否磨损。
11.5喷枪流量如何调整？
1）在尿素输送泵流量与稀释水泵流量大于5t/h情况下，关小最大两组喷枪流量计后出口门，控制最大、最小两组喷枪流量偏差小于0.2t/h。
2）支管压力偏差＜平均值1/3，偏差＞平均值1/3，联系检修检查喷枪。（压力高：喷枪堵。压力低：喷枪磨损）
11.6喷枪压缩空气作用：雾化尿素溶液。
11.7喷枪流化风作用：保护、冷却喷枪，降低喷枪尿素套管温度，防止尿素在喷枪套管中结晶，避免高温烟气直接冲刷抢头。
11.8为什么制备尿素过程中，对水温有什么要求？
1）尿素在溶解过程中吸收热量，溶解水温低，不利于尿素溶解。
2）浓度为50%尿素溶液结晶温度18℃，为了防止尿素不能充分溶解，溶解水温度设计为80℃。
11.9脱硝系统出现哪些情况，联系锅炉或值长？
1) 吸收塔原烟气SO2浓度大于2400mg/m3或小于＜1600mg/m3。
2）负荷低于200MW时，尿素输送泵流量大于1.0t/h。
3) 负荷大于200MW时，尿素输送泵流量大于1.4t/h。
4) 负荷大幅变动时，两台尿素泵运行，NOx大于30mg/m3。
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