摘要：?尿素水解制備SCR還原劑技術(shù)在國(guó)內(nèi)還處于起步發(fā)展階段,在調(diào)試過程中還存在變負(fù)荷適應(yīng)性差、氨調(diào)逃逸量大、低負(fù)荷投入特性差等問題,結(jié)合項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)對(duì)尿素水解SCR系統(tǒng)的冷、熱態(tài)調(diào)試過程以及調(diào)試過程中存在的技術(shù)問題和性能優(yōu)化方法進(jìn)行總結(jié),通過優(yōu)化調(diào)整可明顯改善尿素水解SCR低負(fù)荷快速投入、變負(fù)荷適應(yīng)性、提高脫硝效率以及降低氨逃逸提供了合理化建議.

0 引言

目前SCR還原劑制備系統(tǒng)主要有液氨蒸發(fā)、氨水汽化、尿素制氨3 種方式[1 -9] ,隨著國(guó)內(nèi)民眾和企業(yè)安全意識(shí)的加強(qiáng),加上國(guó)內(nèi)?；愤\(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用事故層出不窮,尿素制氨技術(shù)因其不需要裝卸、運(yùn)輸、儲(chǔ)存危險(xiǎn)化學(xué)品、裝置占地面積小、運(yùn)行安全穩(wěn)定可靠,逐漸成為電廠選擇脫硝還原劑制備系統(tǒng)的主流技術(shù)。

本文針對(duì)某350 MW 熱電廠的尿素水解脫硝系統(tǒng)調(diào)試過程進(jìn)行介紹并對(duì)尿素水解脫硝系統(tǒng)的性能優(yōu)化提供建議。

1 尿素水解SCR原理

尿素水解制氨工藝原理是尿素水溶液在一定溫度下發(fā)生水解反應(yīng),生成的氣體中包含NH3 和CO2。尿素水解制氨系統(tǒng)由尿素顆粒儲(chǔ)存和溶解系統(tǒng)、尿素溶液儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)及尿素水解系統(tǒng)組成。

尿素顆粒在尿素溶解罐中配置成約50% 濃度的尿素溶液,隨后尿素溶液儲(chǔ)存在尿素溶液儲(chǔ)罐中以供尿素水解器使用。尿素溶液通過泵輸送到水解反應(yīng)器中水解產(chǎn)生NH3、H2O 和CO2,產(chǎn)品氣隨后進(jìn)入氨空氣混合器后噴入煙道用作煙氣脫硝的還原劑。尿素水解制氨簡(jiǎn)要工藝流程如圖1 所示。

由于尿素水解制氨系統(tǒng)解決了液氨的裝卸、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等問題,水解器制氨備案隨制隨用,無需儲(chǔ)存,徹底解決了電廠脫硝工程還原劑制備系統(tǒng)的安全隱患問題。

2 尿素水解SCR 系統(tǒng)調(diào)試

2. 1 尿素水解SCR 冷態(tài)調(diào)試

2. 1. 1 設(shè)備檢查

裝置安裝完畢后,應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次全面的檢查,主要內(nèi)容有:工藝流程、管道、閥門、設(shè)備、零部件、儀表控制點(diǎn)、分析取樣點(diǎn)、安全裝置以及其他附屬設(shè)施是否符合設(shè)計(jì)要求。

2. 1. 2 尿素溶液制備系統(tǒng)水壓試驗(yàn)及泵的試運(yùn)

尿素制液系統(tǒng)的水壓試驗(yàn),對(duì)整個(gè)尿素制備系統(tǒng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)以檢查管道系統(tǒng)及各連接位置的嚴(yán)密性,水壓試驗(yàn)完成后進(jìn)行泵的試運(yùn)轉(zhuǎn),對(duì)尿素制備系統(tǒng)管道進(jìn)行沖洗,在進(jìn)行泵的循環(huán)試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),應(yīng)盡可能使循環(huán)回路越長(zhǎng)越好,以發(fā)揮泵的沖洗作用。

2. 1. 3 尿素溶液/ 氨氣輸送管道吹掃及氣密試驗(yàn)

吹掃是為了除去設(shè)備、管道安裝時(shí)殘留于內(nèi)部的鐵屑、鐵銹、焊渣、沙石等雜質(zhì)以及施工中的遺留物,以保證設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。管道、設(shè)備、閥門等在制造過程中,表面積有不少油污、雜物,單靠吹除一般處理不干凈,必須要清洗。沖洗介質(zhì)采用蒸汽或沖洗水,流速應(yīng)不小于1. 5 m/ s。從水解器開始至氨空氣混合器之前的管道及水解器汽源蒸汽管道需進(jìn)行氣密試驗(yàn),氣密試驗(yàn)需在水壓試驗(yàn)合格后才能進(jìn)行。工藝系統(tǒng)管道吹掃之后,進(jìn)行氣密試驗(yàn)。

氣密試驗(yàn)前對(duì)吹掃后系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù),對(duì)管道材料、墊圈、螺栓、調(diào)節(jié)閥及止回閥的方向、盲板的抽插和流量孔板等復(fù)原情況,進(jìn)行仔細(xì)確認(rèn)。水解器及氨氣輸送管道試驗(yàn)壓力為1. 40 MPa,水解器汽源管道為1. 40 MPa。升壓速度0. 2 MPa/ 次進(jìn)行,每次穩(wěn)壓10 min。氣密升壓過程中,要嚴(yán)防閥門泄漏而引起低壓系統(tǒng)超壓。氣密結(jié)束后,利用貯存的壓力進(jìn)行儀表導(dǎo)管的吹掃。

2. 1. 4 氨氣輸送管道的惰性氣體置換

正式投料前必須用氮?dú)饣蛘羝脫Q系統(tǒng)。置換前先關(guān)閉系統(tǒng)全部閥門,再按要求流向逐個(gè)開啟有關(guān)閥門。開啟水解系統(tǒng)中低點(diǎn)排污及高點(diǎn)排氣閥門,排出少量氮?dú)饣蛘羝?系統(tǒng)置換工作完成后,關(guān)閉所有閥門進(jìn)行密封。

2. 2 尿素水解SCR 熱態(tài)調(diào)試

2. 2. 1 蒸汽伴熱系統(tǒng)的投運(yùn)

建立蒸汽伴熱系統(tǒng)是進(jìn)行尿素溶液的配制以及水解器的試運(yùn)的前提條件,以防止尿素溶液的結(jié)晶以及氨氣管道的尿素再結(jié)晶堵塞管道。伴熱的范圍為尿素溶解罐、尿素溶液儲(chǔ)罐、尿素溶液輸送管道、水解器管道以及氨氣管道等伴熱。

2. 2. 2 尿素溶液的配制

在尿素溶液溶解罐中,先加入一定量的除鹽水,打開通向尿素溶解罐內(nèi)蒸汽盤管閥門,通入蒸汽,當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí),開啟尿素溶解罐的攪拌器,開啟斗式提升機(jī),開啟尿素溶液混合泵不斷循環(huán),從斗式提升機(jī)加料口加入定量的袋裝尿素。當(dāng)溶液中尿素含量達(dá)50%時(shí),通過混合泵將尿素溶液送入尿素溶液儲(chǔ)罐,合格的尿素溶液以備水解器的隨時(shí)使用。

2. 2. 3 尿素水解器的試運(yùn)

當(dāng)尿素溶液制備完成后進(jìn)行尿素水解器的試運(yùn),水解器投運(yùn)主要步驟:建立水解器伴熱系統(tǒng),包括水蒸汽伴熱以及電伴熱;水解器內(nèi)注入合格的除鹽水,液位高度達(dá)到300 mm;關(guān)閉產(chǎn)品氣排放閥,關(guān)閉SCR 產(chǎn)品氣輸送管道閥門,關(guān)閉水解器排放閥;緩慢打水解器進(jìn)汽閥,向水解器內(nèi)通入蒸汽,同時(shí)打開水解器的蒸汽冷凝液排放閥和疏水閥,水解器開始升溫,溫度升至90℃;開啟尿素溶液輸送泵,向水解器緩慢送尿素溶液;繼續(xù)提高水解器內(nèi)溶液溫度、壓力,直至溫度160℃,壓力0. 6 MPa;啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)完成噴氨格柵初調(diào)平工作,記錄AIG 原始調(diào)平參數(shù)。調(diào)平工作結(jié)束后,在氨氣進(jìn)入氨空混合器前提前開啟一次風(fēng)機(jī)并保證空氣流量不低于保護(hù)值;緩慢打開產(chǎn)品氣調(diào)節(jié)閥,向氨空混合器送入氨氣;待脫硝水解系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后,開啟空壓機(jī),向水解器內(nèi)輸送防腐空氣。

2. 3 尿素水解系統(tǒng)停運(yùn)

尿素水解器運(yùn)行過程的大慣性,同時(shí)水解后的產(chǎn)品氣為NH3、CO2 和H2O 的混合物,在溫度低于110℃時(shí),會(huì)發(fā)生產(chǎn)品氣逆反應(yīng)過程生成氨基甲酸銨結(jié)晶堵塞水解器氨氣管道。因此需考慮尿素水解器的停運(yùn)過程,急停尿素水解器會(huì)造成水解器壓力上升以及停運(yùn)后的氨氣管道堵塞問題,故在尿素水解器停運(yùn)前需提前停止尿素溶液輸送,并將尿素水解器預(yù)先走空,防止水解器余熱升壓導(dǎo)致安全閥動(dòng)作,當(dāng)水解器在停運(yùn)過程中需對(duì)水解器氨氣管道進(jìn)行吹掃,將殘留氨氣吹掃干凈,以防止氨氣管道堵塞,同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能的縮短水解器氨氣管道長(zhǎng)度,將所有管道進(jìn)行伴熱并完善保溫以避免氨氣管道的堵塞現(xiàn)象[10] 。

3 尿素水解SCR性能優(yōu)化及常見技術(shù)問題

3. 1 尿素水解SCR低負(fù)荷快速投入

由于脫硝水解系統(tǒng)升溫升壓過程需要一定時(shí)間,為保證系統(tǒng)產(chǎn)出合格的產(chǎn)品氣快速在較低負(fù)荷條件下快速投入SCR,需在排煙溫度滿足條件前,進(jìn)行脫硝系統(tǒng)尿素溶液制備、水解器伴熱投入以及水解器的提前升溫升壓工作。合理控制加熱蒸汽量來控制水解器的升溫升壓速率。同時(shí)采用調(diào)整煙氣擋板減少省煤器相對(duì)吸熱量,以提升煙氣溫度,盡可能早的投入SCR 脫硝系統(tǒng)。

3. 2 尿素水解SCR的AIG調(diào)整

煙氣脫硝系統(tǒng)入口煙道導(dǎo)流板都已設(shè)計(jì)安裝固定,機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),均無法進(jìn)行調(diào)整,而煙氣流道內(nèi)煙氣流速在不同煙氣流量條件下仍不均勻,噴氨格柵在尿素水解器進(jìn)行初次投運(yùn)前進(jìn)行了初步調(diào)平,調(diào)整為每支噴槍流量一致,這是基于煙道內(nèi)流速一致的假設(shè)進(jìn)行的調(diào)整,初調(diào)平的噴氨格柵不能解決煙氣流道內(nèi)流速不均勻問題,為了控制氨逃逸的上升,需依據(jù)脫硝反應(yīng)器出口NOx 濃度分布進(jìn)行再次調(diào)平,以實(shí)現(xiàn)NOx 濃度的均勻分布,在降低脫硝反應(yīng)器出口混合后NOx 濃度的基礎(chǔ)上同時(shí)減少氨逃逸,防止在空預(yù)器生成硫酸氫氨造成受熱面沾污。

3. 3 尿素水解SCR變負(fù)荷控制策略優(yōu)化

SCR 噴氨控制策略一般設(shè)計(jì)為開環(huán)控制的固定摩爾比控制方式,脫硝過程是一個(gè)大遲延、大慣性并且具有一定非線性的過程[11 -13] ,以及CEMS 為單點(diǎn)測(cè)量,測(cè)量精度較低、偏差較大,在變負(fù)荷工況下脫硝系統(tǒng)噴氨自動(dòng)適應(yīng)性較差,通過優(yōu)化脫硝系統(tǒng)控制策略,加入負(fù)荷、入口NOx 濃度、以及出口NOx 濃度為導(dǎo)前微分前饋串級(jí)PID 控制,控制SCR 反應(yīng)器出口NOx 濃度的閉環(huán)控制,可有效解決脫硝系統(tǒng)跟隨負(fù)荷變動(dòng)適應(yīng)性差的問題。

3. 4 脫硝投入初期氨逃逸過量

投入脫硝系統(tǒng)初期,由于手動(dòng)控制噴氨調(diào)閥且脫硝過程慣性較大,極易導(dǎo)致噴氨過量,噴氨調(diào)門開的過大會(huì)使大量氨氣進(jìn)入SCR 反應(yīng)區(qū),導(dǎo)致SCR 反應(yīng)器出口氨逃逸濃度升高,過量的氨進(jìn)入空預(yù)器會(huì)導(dǎo)致空預(yù)器沾污等一系列問題,在手動(dòng)調(diào)節(jié)的情況下,注意監(jiān)視煙氣流量及SCR 入口NOx 濃度,盡可能的緩慢操作噴氨調(diào)閥,防止氨逃逸的升高。

3. 5 CEMS儀表反吹導(dǎo)致噴氨自動(dòng)發(fā)散

脫硝系統(tǒng)CEMS 煙氣分析儀位于SCR 反應(yīng)器出入口,CEMS 防堵反吹是為了避免煙氣分析儀由于吸入煙氣中的粉塵導(dǎo)致取樣管堵塞。如果反吹過程中系統(tǒng)維持穩(wěn)定,那么反吹不會(huì)對(duì)脫硝系統(tǒng)造成任何影響。但如果在反吹期間正好遇上升降負(fù)荷投、切磨組等操作時(shí),脫硝入口NOx 有較大變化,脫硝系統(tǒng)調(diào)閥就會(huì)因?yàn)槿肟谥噶罘答伷畲蠖谐詣?dòng),造成NOx 排放濃度短時(shí)間超標(biāo)。通過對(duì)NOx 突變添加一定的變化速率,防止NOx 的突變,減緩對(duì)噴氨調(diào)閥的噴氨自動(dòng)的擾動(dòng),使噴氨自動(dòng)可以穩(wěn)定投入。

4 結(jié)語(yǔ)

尿素水解法制備SCR 還原劑以其安全的優(yōu)勢(shì),減少電廠危險(xiǎn)源,特別是在距離城市較近的電廠應(yīng)用將會(huì)越來越多,將會(huì)逐漸成為脫硝還原劑的主流方法。對(duì)尿素水解SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的調(diào)試過程行詳盡敘述,對(duì)尿素水解法SCR 性能優(yōu)化及常見技術(shù)問題提供技術(shù)解決方案,為尿素水解SCR 的優(yōu)化運(yùn)行提供合理建議。