燃煤電廠超低排放改造后煙道氯化銨結(jié)晶原因分析及對策(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上燃煤電廠超低排放改造后煙道氯化銨結(jié)晶原因分析及對策摘要：燃煤電廠超低排放改造之后，由于污染物排放限值的降低和治理設(shè)備運行壓力的增加，機組煙氣凈化設(shè)備出現(xiàn)了新問題。部分電廠除塵器凈煙室、引風(fēng)機風(fēng)道、脫硫系統(tǒng)入口煙道等位置集中出現(xiàn)大量白色結(jié)晶物，實驗室化驗分析得知該結(jié)晶物主要成分90%以上為氯化銨，對氯化銨結(jié)晶反應(yīng)的機理進行了研究和計算。結(jié)果表明:煙道內(nèi)氯化銨開始發(fā)生結(jié)晶的溫度為75115，即空氣預(yù)熱器出口至脫硫系統(tǒng)入口之間的區(qū)域，該區(qū)域包含除塵器、引風(fēng)機、或氣氣再熱器（GGH)等重要輔機設(shè)備;氯化銨結(jié)晶不但會堵塞設(shè)備，還會嚴(yán)重腐蝕煙道壁面等部位;提出日常運行過程中的預(yù)防

2、和控制措施，以及控制煙氣中逃逸氛質(zhì)量濃度和氯化氫質(zhì)量濃度等建議。近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，環(huán)境問題日益突出，其中化石燃料的燃燒和利用是造成環(huán)境污染的主要原因。作為我國的煤炭消耗大戶，燃煤電廠要在2020年前全面實施超低排放和節(jié)能改造，東、中部地區(qū)要提前至2017年和2018年達(dá)標(biāo)。超低排放改造后的燃煤電廠，在運行過程中出現(xiàn)了一系列新的問題。例如由于脫硝系統(tǒng)出口氮氧化物排放質(zhì)量濃度限值的降低，對噴氨系統(tǒng)的運行狀態(tài)提出了更高的要求，也增加了后續(xù)設(shè)備穩(wěn)定運行的難度。部分燃煤電廠在超低排放改造后的停機檢查中發(fā)現(xiàn)，選擇性催化還原(SCR)脫硝系統(tǒng)之后除空氣預(yù)熱器(空預(yù)器)、除塵器等設(shè)備發(fā)生硫酸氫銨

3、的板結(jié)與堵塞外，在除塵器、引風(fēng)機、脫硫系統(tǒng)入口等煙道處還發(fā)生了大量氯化銨晶體的沉積與板結(jié)，脫硝系統(tǒng)后續(xù)設(shè)備的運行狀況較超低排放改造前嚴(yán)重惡化。本文從燃煤電廠煙道內(nèi)氯化銨結(jié)晶的實際情況出發(fā)，通過實驗室化驗、結(jié)晶機理研究、現(xiàn)場運行控制等對氯化銨結(jié)晶問題進行全面分析與研究，為燃煤電廠的安全穩(wěn)定運行提供理論依據(jù)。1氯化銨結(jié)晶情況圖1為白色結(jié)晶物照片。該結(jié)晶物為長度3mm左右的細(xì)長桿狀多面體晶體結(jié)構(gòu)，多層晶體密集堆積并板結(jié)在一起，厚度可達(dá)10mm以上。在除塵器凈煙室和出口煙道附近存在大量白色結(jié)晶物，說明有相當(dāng)一部分結(jié)晶物通過濾袋之后析出并沉積下來，導(dǎo)致除塵器對結(jié)晶物的去除效果下降。圖1b)中引風(fēng)機輪毅表

4、面的結(jié)晶物底層呈黃色，并附著一層黑色腐蝕產(chǎn)物，表明結(jié)晶物對煙道表面產(chǎn)生了一定的腐蝕。圖1白色結(jié)晶物照片2氯化銨結(jié)晶實驗室分析2.1引風(fēng)機輪毅表面結(jié)晶物取某電廠引風(fēng)機輪毅表面的結(jié)晶物進行實驗室分析，結(jié)果見表1。由表1可見:引風(fēng)機輪毅表面結(jié)晶物中91.10%均為氯化銨;結(jié)晶物450下的灼燒減量高達(dá)99.49%，而900下灼燒減量僅增加0.20%。根據(jù)DL/T1151.22-20126對引風(fēng)機輪毅表面結(jié)晶物900灼燒產(chǎn)物進行分析，結(jié)果見表2。由表2可以看出:結(jié)晶物灼燒產(chǎn)物的主要成分為三氧化二鐵，占67.10%，其主要是引風(fēng)機輪毅表面的腐蝕產(chǎn)物;灼燒產(chǎn)物中含有二氧化硅等成分，表明結(jié)晶物中含有部分煙塵等

5、煙氣顆粒物。表1引風(fēng)機輪毅表面結(jié)晶物主要成分表2引風(fēng)機輪毅表面結(jié)晶物900灼燒產(chǎn)物主要成分2.2袋式除塵器凈煙室壁面結(jié)晶物取另一家燃煤電廠袋式除塵器凈煙室壁面結(jié)晶物進行成分分析，結(jié)果見表3。由表3可見:袋式除塵器凈煙室壁面結(jié)晶物中氯化銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.56%;結(jié)晶物在450時的灼燒減量高達(dá)99.05%。表3袋式除塵器凈煙室壁面結(jié)晶物主要成分根據(jù)DL/T1151.22-2012對袋式除塵器凈煙室壁面結(jié)晶物在900下的灼燒產(chǎn)物進行成分分析，結(jié)果見表4。由表4可以看出，結(jié)晶物灼燒產(chǎn)物主要成分為二氧化硅，占53.27%?？梢姡?00下結(jié)晶物灼燒產(chǎn)物主要成分為煙塵等煙氣顆粒物。表4袋式除塵器凈煙室壁面

6、結(jié)晶物900灼燒產(chǎn)物主要成分由實驗室分析結(jié)果可以得知:部分電廠除塵器凈煙室壁面或引風(fēng)機輪毅表面發(fā)生的結(jié)晶物主要成分為氯化銨;煙氣通過除塵器附近的溫度區(qū)間時，其中的氯化銨大量沉積。3氯化銨結(jié)晶機理3.1氯化銨結(jié)晶反應(yīng)機理煤炭燃燒過程會排放出氯化氫等污染氣體，煤中氯元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為200g/g，燃煤煙氣中氯化氫質(zhì)量濃度約為50mg/m3。脫硝系統(tǒng)在運行過程中會噴入氨氣作為還原劑，由于噴氨不均、流場不均等原因，不可避免的會出現(xiàn)氨逃逸現(xiàn)象。脫硝系統(tǒng)出口氨逃逸質(zhì)量濃度控制指標(biāo)為小于2.28mg/m3，然而超低排放改造后，很多電廠實際氨逃逸質(zhì)量濃度高于此排放標(biāo)準(zhǔn)。氯化氫和氨氣在337.8時開始發(fā)生化合

7、反應(yīng)生成氯化銨?；趯?yīng)態(tài)原理計算氯化氫和氨氣的逸度系數(shù)，并根據(jù)化工熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊將氣態(tài)氯化氫、氣態(tài)氨氣以及固態(tài)氯化銨的代入上式，得到氯化銨結(jié)晶反應(yīng)達(dá)到平衡時，溫度與氣態(tài)反應(yīng)物分壓的關(guān)系。代表結(jié)晶反應(yīng)的平衡常數(shù)。氯化銨結(jié)晶達(dá)到平衡時，結(jié)晶溫度隨平衡常數(shù)的變化如圖2所示。圖2氯化銨結(jié)晶平衡曲線以燃煤煙氣中氯化氫質(zhì)量濃度50mg/m3為基準(zhǔn)，當(dāng)脫硝系統(tǒng)出口氨逃逸質(zhì)量濃度為2.28mg/m3時，由式(5)可得氯化銨的結(jié)晶溫度為92.4。而當(dāng)燃煤煙氣中氯化氫質(zhì)量濃度升至100mg/m3，且氨逃逸質(zhì)量濃度升至22.8mg/m3時，氯化銨的結(jié)晶溫度就會升高至112.3。當(dāng)燃煤煙氣中氯化氫質(zhì)量濃度降低至20

8、mg/m3，并且氨逃逸質(zhì)量濃度降至0.5mg/m3時，氯化銨的結(jié)晶溫度會降為77.6。3.2氯化銨結(jié)晶原因及位置根據(jù)燃煤電廠現(xiàn)場運行的實際情況，并基于對氯化銨結(jié)晶反應(yīng)機理的研究，煙道內(nèi)氯化銨開始發(fā)生結(jié)晶的溫度為75115。該溫度區(qū)間為空預(yù)器出口至脫硫系統(tǒng)入口之間的區(qū)域，包含了除塵器、引風(fēng)機等重要輔機設(shè)備，部分電廠還配備有煙氣一煙氣再熱器(GGH)。GGH更易引起氯化銨晶體的析出與沉積。煙氣中氨逃逸質(zhì)量濃度和氯化氫質(zhì)量濃度較低時，氯化銨結(jié)晶溫度也會降低，當(dāng)結(jié)晶溫度低于脫硫系統(tǒng)入口的煙氣溫度時，則不會發(fā)生氯化銨結(jié)晶沉積現(xiàn)象，煙氣中的逃逸氨和氯化氫將被脫硫系統(tǒng)的漿液捕集和脫除。煙氣中氨逃逸質(zhì)量濃度和

9、氯化氫質(zhì)量濃度較高時，氯化銨結(jié)晶溫度也會升高，且在引風(fēng)機、除塵器、甚至空預(yù)器出口等部位發(fā)生大量氯化銨結(jié)晶沉積現(xiàn)象，影響機組和設(shè)備的正常穩(wěn)定運行。當(dāng)氯化銨的結(jié)晶溫度恰好位于除塵器出口與引風(fēng)機之間的位置時，除塵器將無法對煙氣中的氯化銨晶體進行捕集，結(jié)晶并沉積在除塵器之后的氯化銨晶體會嚴(yán)重影響引風(fēng)機的安全穩(wěn)定運行。由于氯化銨易吸潮，煙道內(nèi)的氯化銨晶體會發(fā)生多層堆積、板結(jié)的現(xiàn)象。氯化銨晶體的吸濕點一般在濕度76%左右，當(dāng)晶體周圍氣體相對濕度大于吸濕點時，氯化銨晶體就會發(fā)生吸潮并板結(jié)。燃煤煙氣中的水分含量較高，相對濕度也會達(dá)到較高值，促進了氯化銨晶體的吸潮和板結(jié)。吸潮后的氯化銨晶體腐蝕性較強，會對煙道壁

10、面等部位產(chǎn)生較強的腐蝕作用，長期運行會大幅降低機組設(shè)備運行的安全性和可靠性。4運行維護對策超低排放改造前，燃煤電廠氯化銨結(jié)晶的問題并不十分突出，常出現(xiàn)硫酸氫銨沉積與板結(jié)、硝酸銨結(jié)晶等問題。而在超低排放改造后，部分電廠集中出現(xiàn)的氯化銨結(jié)晶問題，從而反映了超低排放改造之后，脫硝系統(tǒng)運行效率與后續(xù)設(shè)備穩(wěn)定運行之間的矛盾。氯化銨結(jié)晶并非氨逃逸過量所產(chǎn)生的唯一后果，通常還伴隨著硫酸氫銨沉積板結(jié)等現(xiàn)象。硫酸氫銨熔點146.9，沉積溫度為150200，當(dāng)溫度低于185時，氣態(tài)硫酸氫銨會大量凝結(jié)硝酸銨沸點210，熔點169.6，當(dāng)溫度下降至210以下時，氣態(tài)硝酸銨會發(fā)生凝結(jié)氯化銨的沉積溫度(75115)低于硫

11、酸氫銨和硝酸銨的沉積溫度，所以氯化銨的結(jié)晶問題僅會在硫酸氫銨沉積問題較為嚴(yán)重時產(chǎn)生，因此比硫酸氫銨沉積發(fā)生的概率小。因此，發(fā)生氯化銨結(jié)晶時，表明脫硝系統(tǒng)氨逃逸的問題已經(jīng)極其嚴(yán)重。由于氯化銨結(jié)晶反應(yīng)是可逆反應(yīng)，所以當(dāng)煙氣溫度高于氯化銨的結(jié)晶溫度時，氯化銨晶體就會重新分解變?yōu)闅怏w。根據(jù)該特性，雖然可以采用蒸汽吹灰、局部加熱等方式對氯化銨結(jié)晶較為嚴(yán)重的部位進行清理，但是分解之后的氯化銨晶體會在溫度較低的區(qū)域重新結(jié)晶并沉積。因此，沉積的氯化銨晶體很難被徹底清除，僅能通過控制氨逃逸質(zhì)量濃度和氯化氫質(zhì)量濃度，抑制氯化銨結(jié)晶。4.1合理制定環(huán)保指標(biāo)燃煤電廠在超低排放改造后，煙氣中的污染物排放水平大幅下降，且

12、在運行過程中留有充分的余量，以應(yīng)對機組負(fù)荷、燃用煤質(zhì)以及工作環(huán)境的變化。然而，在實際運行過程中，出現(xiàn)部分電廠污染物排放濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)低于檢出限和監(jiān)測下限，例如氮氧化物排放質(zhì)量濃度長期控制在4mg/m3以下等情況。以現(xiàn)階段技術(shù)水平來強行降低排放濃度，則會引起煙氣凈化設(shè)備的非正常運行。當(dāng)?shù)趸锱欧艥舛冗^低時，會引起空預(yù)器、脫硝催化劑等設(shè)備堵塞，噴氨過量對機組的安全運行危害極大。目前，國內(nèi)外氨逃逸監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用仍不夠成熟。例如:電廠氨逃逸監(jiān)測裝置通過角對沖安裝，或通過煙氣旁路進行監(jiān)測，由于煙道內(nèi)煙氣分布極不均勻，使得裝置取樣無代表性;氨逃逸監(jiān)測裝置通過光纖傳輸分析，其在傳輸過程中本身就會有50%95

13、%的能量損耗，測量精度不夠，只能達(dá)到0.150.30mg/m3的分辨率，測量誤差較大。因此，長期維持較低的氮氧化物排放質(zhì)量濃度，對機組正常運行不利，且影響一旦產(chǎn)生就較難消除。因此，為保證機組運行的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性，穩(wěn)定運行工況下推薦污染物排放質(zhì)量濃度指標(biāo)約為標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的80%以下。4.2定期優(yōu)化脫硝系統(tǒng)噴氨分布對于SCR脫硝系統(tǒng)而言，氨氣的噴入量和噴氨分布是非常重要的運行指標(biāo)。噴氨不足時會直接導(dǎo)致氮氧化物排放質(zhì)量濃度的升高，噴氨過量時又會因增加硫酸氫銨、氯化銨等產(chǎn)物而導(dǎo)致煙道下游設(shè)備堵塞，噴氨不均可同時引起氮氧化物排放質(zhì)量濃度和氯化銨等副產(chǎn)物的增加。因此，對SCR脫硝系統(tǒng)進行噴氨優(yōu)化和噴氨分布調(diào)整

14、對保證燃煤電廠正常運行有重要意義。目前，電廠一般是依據(jù)脫硝前氮氧化物質(zhì)量濃度與煙氣流量，結(jié)合氨逃逸質(zhì)量濃度來自動調(diào)整噴氨母管的氨氣流量。雖然，該系統(tǒng)可實時自動調(diào)整噴氨量，但無法調(diào)整噴氨格柵中噴氨量分布。因此，需要電廠定期通過噴氨優(yōu)化調(diào)整實驗，人工調(diào)整噴氨分布。人工調(diào)整噴氨分布具體步驟為:將煙氣采樣槍依次插入SCR脫硝反應(yīng)器出口煙道外壁各采樣孔內(nèi)，對煙道內(nèi)氮氧化物質(zhì)量濃度分布情況進行采樣分析;然后根據(jù)各采樣孔氮氧化物質(zhì)量濃度與平均值的偏離情況，調(diào)整噴氨格柵各噴氨支管閥門開度，直至氮氧化物質(zhì)量濃度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差低于10%。噴氨調(diào)整后，脫硝系統(tǒng)出口氨逃逸質(zhì)量濃度也趨于均布，從而保障后續(xù)設(shè)備的穩(wěn)定

15、運行。在機組負(fù)荷變動或脫硝系統(tǒng)氮氧化物質(zhì)量濃度變動較大時，噴氨母管噴氨量的控制優(yōu)化也十分重要。噴氨控制在調(diào)整時應(yīng)避免噴氨量超調(diào)、震蕩、調(diào)整時間過長等現(xiàn)象，對控制系統(tǒng)參數(shù)進行適應(yīng)性優(yōu)化。然而，隨著鍋爐負(fù)荷、煙道擋板開度、氮氧化物質(zhì)量濃度分布、煙道氣體流量分布等多個因素的變化，SCR脫硝催化劑各區(qū)域內(nèi)所需噴氨量理論上都需要相應(yīng)調(diào)整。電廠進行噴氨優(yōu)化試驗周期為半年或一年，而催化劑所需要的噴氨量分布是以小時甚至分鐘為單位變動的。因此，急需開發(fā)出一套實時全自動噴氨優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)。4.3定期檢測氨逃逸質(zhì)量濃度目前，在線氨逃逸質(zhì)量濃度監(jiān)測裝置在實際應(yīng)用過程中的數(shù)據(jù)可靠性普遍較差，因此定期進行氨逃逸化學(xué)法采樣與

16、分析測試試驗十分必要。建議依據(jù)火電廠煙氣SCR脫硝系統(tǒng)運行技術(shù)規(guī)范(DL/T335-2010每季度開展一次氨逃逸質(zhì)量濃度檢測，確保氨逃逸在合理范圍內(nèi)，減少因此帶來的硫酸氫銨、氯化銨等結(jié)晶物堵塞問題。在進行氨逃逸質(zhì)量濃度檢測時，應(yīng)在煙道平面上選取多個平均分布的采樣點進行采樣分析，最終結(jié)果取平均值。4.4優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)運行過程中，SCR脫硝系統(tǒng)噴氨量主要依據(jù)總排煙口煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)(continuousemissionmonitoringsystemCEMS)的氮氧化物質(zhì)量濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時調(diào)整。因此，CEMS的準(zhǔn)確性對脫硝系統(tǒng)的運行效果尤為重要。在條件允許的情況下，CEMS的煙氣采樣應(yīng)采用2點或

17、3點采樣的方式，減小由于氮氧化物分布不均所引起的CEMS監(jiān)測數(shù)據(jù)偏差。實際運行過程中，煙道內(nèi)煙氣流動及污染物濃度分布不均，因此煙氣分析系統(tǒng)采樣點的位置對分析結(jié)果影響很大。部分電廠的采樣裝置安裝位置不合理，且無法滿足“前四后二”(即CEMS采樣點應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于4倍煙道直徑以及距上述部件上游方向不小于2倍煙道直徑的位置)的要求，應(yīng)在停機檢修過程中予以改進。脫硫塔出口煙氣濕度大，采樣系統(tǒng)伴熱裝置無法保證管路內(nèi)不會發(fā)生水蒸氣的冷凝，而采樣管內(nèi)液態(tài)水的存在對測量結(jié)果有一定的影響，且采樣探頭容易腐蝕結(jié)垢，影響監(jiān)測設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。因此，CEMS應(yīng)確保日常維護和檢修。在日常運

18、行維護之余，應(yīng)定期對CEMS監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性進行比對監(jiān)測或數(shù)據(jù)審核，及時解決CEMS日常運行過程中可能存在的問題。4.5降低爐膛出口氮氧化物質(zhì)量濃度在超低排放改造之后，氮氧化物排放限值的降低給SCR脫硝系統(tǒng)帶來了更大的壓力，加劇了脫硝效率和后續(xù)設(shè)備堵塞之間的矛盾。目前，常見的脫硝技術(shù)還有協(xié)同脫硝技術(shù)，即盡量降低爐膛出口氮氧化物質(zhì)量濃度，主要措施有低氮燃燒器增效、增設(shè)選擇性非催化還原(SNCR)脫硝系統(tǒng)等方式。低氮燃燒器是利用分級燃燒、煙氣再循環(huán)、低氮預(yù)燃室、改善燃燒與空氣混合情況等方式來抑制燃燒過程中氮氧化物的生成，爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)可使氮氧化物減排量減少50%。SNCR脫硝系統(tǒng)是在鍋爐爐膛9001100區(qū)間噴入脫硝還原劑，使其進行SNCR脫硝反應(yīng)，此時脫硝效率為30%50%oSNCR脫硝系統(tǒng)與SCR脫硝系統(tǒng)聯(lián)合運行時，SNCR脫硝系統(tǒng)中未完全反應(yīng)的脫硝還原劑將會同煙氣一起進入SCR脫硝反應(yīng)區(qū)，在催化劑的作用下進一步發(fā)生脫硝反應(yīng)，保證較高的整體脫硝效率。實際運行過程中，由于SNCR脫硝系統(tǒng)運行效果受鍋爐負(fù)荷、流場分布等因素影響較大，因此需加強SNCR脫硝系統(tǒng)運行控制，或僅在高負(fù)荷情況下運行