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乙二醇液位計(jì)在液氨儲(chǔ)罐里不能正常讀數(shù)的原因分析
摘要:我國燃煤電廠每年氮氧化物排放量巨大,需要對(duì)氮氧化物的排放實(shí)施嚴(yán)格控制。本文提出了對(duì)燃煤電廠 SCR 和 SNCR 兩種脫硝工藝的現(xiàn)場核查方法。通過嚴(yán)格的現(xiàn)場核查,督促企業(yè)正常穩(wěn)定運(yùn)行脫硝設(shè)施,充分發(fā)揮對(duì)氮氧化物的削減作用。
我國的電力供應(yīng)主要以煤電為主,2015 年煤電發(fā)電量 42686.5 億千瓦時(shí),占全社會(huì)發(fā)電量的 75.6%,消耗燃煤 18.45 億噸,占煤炭消耗總量的 44.8%。按照 4 千克 / 噸煤的氮氧化物產(chǎn)生經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算,煤電會(huì)產(chǎn)生 738 萬噸的氮氧化物,如果不進(jìn)行控制,將對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生非常巨大的影響。為了解決燃煤電廠氮氧化物排放對(duì)環(huán)境的不良影響,我國在“十二五”期間大力推進(jìn)燃煤機(jī)組脫硝設(shè)施的建設(shè)工作,截至2015 年底,**已投運(yùn)脫硝機(jī)組 8.3 億千瓦,占全部火電裝機(jī)的 92%,對(duì)于削減氮氧化物排放量、減輕電廠燃煤排放氮氧化物對(duì)環(huán)境的影響發(fā)揮了巨大的作用。
但是,由于受建設(shè)和運(yùn)行管理水平以及一些主觀原因的限值,部分燃煤機(jī)組脫硝設(shè)施不能正常穩(wěn)定運(yùn)行,甚至存在弄虛作假的行為,未能真正起到脫硝設(shè)施減排氮氧化物的目的。因此,加強(qiáng)對(duì)燃煤電廠脫硝設(shè)施運(yùn)行的現(xiàn)場核查和監(jiān)管,對(duì)于提高燃煤電廠對(duì)脫硝設(shè)施的認(rèn)知程度、幫助企業(yè)提高運(yùn)行管理水平,真正發(fā)揮脫硝設(shè)施的減排治污效果作用巨大。
1 脫硝設(shè)施的基本運(yùn)行原理
現(xiàn)在較為常見的脫硝工藝主要有選擇性催化還原工藝(Selective Catalytic Reduction,SCR) 和選擇性非催化還原工藝(selectivenoncatalytic reduction,SNCR),還有部分企業(yè)采用 SCR+SNCR 的聯(lián)用技術(shù),少數(shù)特殊行業(yè)還有采用活性焦脫硝、還原性氣體(CO、CH4 等)脫硝等工藝。本文主要介紹 SCR 和 SNCR 脫硝工藝的核查技術(shù)。
SCR 和 SNCR 脫硝過程中主要的化學(xué)反映相同:
4**+4NH3+O2 → 4N2+6H2O2**2+4NH3+O2 → 3N2+6H2O
在把氮氧化物還原為 N2 的過程中,需要 NH3(g)作為還原劑來參與反映。SCR 和 SNCR 脫硝工藝的共同點(diǎn)是均可采用液氨、尿素作為脫硝還原劑。采用液氨作為還原劑時(shí),需要有液氨蒸發(fā)裝置,將液氨氣化為氣態(tài)氨;采用尿素作為還原劑時(shí),需要有尿素?zé)峤庋b置,使尿素發(fā)生如下的分解反映產(chǎn)生氨氣:
CO(NH2)2 → NH3+HNCO
HNCO+H2O → NH3+CO2
SCR 和 SNCR 的不同之處在于:SCR 發(fā)生上述氮氧化物還原反映是在 300-400℃的溫度區(qū)間內(nèi),需要含有鉬、鎢等過度金屬氧化物的鈦基催化劑對(duì)反映進(jìn)行催化才能發(fā)生;SNCR 發(fā)生上述氮氧化物還原反映不需要催化劑的參與,但是反映需要在 900-1000℃下才能發(fā)生。結(jié)合我國燃煤電廠通常采用的鍋爐類型,SCR 脫硝工藝通常應(yīng)用在煤粉鍋爐機(jī)組上,SNCR 脫硝工藝通常應(yīng)用在循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組上。
2 現(xiàn)場核查的技術(shù)要點(diǎn)
根據(jù)以上所述的脫硝工藝,可以分工段、分類對(duì)兩種脫硝設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)場核查。
2.1 還原劑制備系統(tǒng)的核查
2.1.1 液氨蒸發(fā)系統(tǒng)的核查
采用液氨作為還原劑的燃煤電廠,通常設(shè)置兩個(gè)液氨儲(chǔ)罐來存儲(chǔ)液氨,一備一用或者兩個(gè)同時(shí)使用,視機(jī)組數(shù)量和機(jī)組負(fù)荷而定。液氨儲(chǔ)罐上通常會(huì)有兩套液位計(jì),一套為就地查看的乙二醇液位計(jì),一套為上傳電信號(hào)的壓差式液位計(jì)。常見的問題是乙二醇液位計(jì)由于故障或管內(nèi)氨氣壓力的作用,不能正常讀取液位水平。要求企業(yè)使用磁鐵性物質(zhì)從上到下將乙二醇液位計(jì)逐個(gè)刷掃,以使回復(fù)正常顯示,如不能回復(fù),則必須在液氨儲(chǔ)罐騰空時(shí)加以修復(fù)。
液氨從儲(chǔ)罐引出,進(jìn)入液氨蒸發(fā)車間。液氨蒸發(fā)車間主要檢查氨氣壓力是否在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi),車間內(nèi)有無氨氣泄漏。液氨汽化后進(jìn)入緩沖罐,供脫硝系統(tǒng)使用,從氨氣緩沖罐接出的氨氣輸送壓力正常值為0.1Mpa 左右,可以讀取就地壓力計(jì)進(jìn)行檢查。液氨蒸發(fā)車間內(nèi)應(yīng)無明顯可嗅到氨刺激性氣味,否則判斷存在漏點(diǎn),要求企業(yè)必須進(jìn)行排查整改。
液氨蒸發(fā)器通常為蒸汽加熱,加熱溫度為 160℃左右??梢詸z查蒸汽輸送管線是否正常發(fā)熱。在液氨站控制室內(nèi),可以調(diào)取就地各種參數(shù)進(jìn)行查閱,如液氨罐的液位水平,正常應(yīng)該隨著液氨的使用逐步下降,在向罐內(nèi)沖裝液氨后,液位恢復(fù)到高位。同時(shí)比對(duì)液氨卸車紙質(zhì)記錄,應(yīng)與氨罐液位變化相吻合。
2.1.2 尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的核查
尿素作為還原劑的,需要將尿素配置為 50% 左右的飽和溶液,再進(jìn)行熱解。正常情況下,尿素溶液儲(chǔ)罐的溫度保持在 45-55℃,以防止尿素析出結(jié)晶,堵塞管路。尿素?zé)峤鉁囟纫话阍?450-600℃,熱解產(chǎn)生的氨氣在緩沖罐內(nèi)儲(chǔ)存以供使用,從氨氣緩沖罐接出的氨氣輸送壓力正常值為 0.1Mpa 左右,可以讀取就地壓力計(jì)進(jìn)行檢查。
2.2 脫硝反映區(qū)的檢查
2.2.1 SCR 脫硝反映區(qū)的檢查
通常采用 SCR 脫硝工藝的機(jī)組,將鍋爐省煤器出口的煙氣分為兩部分,分別設(shè)置一臺(tái)反映器,內(nèi)填裝催化劑,在催化劑上層噴入氨氣,在催化劑表面發(fā)生脫硝反映。
*一檢查部分表征參數(shù)的狀態(tài)。反映器入口處的煙氣溫度應(yīng)為 300-400℃,如溫度低于此溫度,脫硝反映無法發(fā)生;反映器出入口的壓差應(yīng)不大于 1000Pa,否則催化劑積灰堵塞嚴(yán)重,影響反映效率;反映器出口處的未能完全反映的氨氣濃度應(yīng)不大于 3ppm,不能長期顯示為一恒值或者為 0,否則判斷為氨逃逸監(jiān)測儀器故障或測點(diǎn)選取不合適,大于 3ppm 可能會(huì)有安全風(fēng)險(xiǎn)。
*二對(duì)氮氧化物濃度、煙氣量、噴氨量等數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。校核公式為:
A=M/0.017 (式 2.1)
B=V*(C,in-C,out)/46000 ( 式 2.2)
M=A/B (式 2.3)
注:M 為反映器噴入 NH3 的質(zhì)量流量,單位為 kg/H
V 為反映器煙氣流量,單位為 Nm3/H
C,in 為反映器入口處監(jiān)測氮氧化物濃度,單位為 mg/m3
C,out 為反映器出口處監(jiān)測氮氧化物濃度,單位為 mg/m3
采用公式 2.3 對(duì)反映器的氮氧化物濃度、煙氣量、噴氨量進(jìn)行校核,正常情況下 M 值應(yīng)在 0.8-1 之間,如果超出此范圍,可能是有關(guān)表記測量不準(zhǔn)確,或者是脫硝設(shè)施運(yùn)行弄虛作假。
*三進(jìn)行脫硝反映器運(yùn)行調(diào)整試驗(yàn),考察氮氧化物濃度的變化情況。做法為選擇一側(cè)或者兩側(cè)反映器,停止氨氣的噴入,大約經(jīng)過 3-5 分鐘的延遲后,反映器出口處的氮氧化物濃度將和入口處的氮氧化物濃度趨于一致,如不能趨于一致,則可能是在線監(jiān)測設(shè)備故障或監(jiān)測點(diǎn)位選擇不合適。需要進(jìn)一步核實(shí)脫硝設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù)加以佐證。
2.2.2 SNCR 脫硝反映區(qū)的檢查
SNCR 脫硝工藝由于不存在嚴(yán)格意義上的反映區(qū),通常將噴氨格柵后的一段煙道近似認(rèn)為是脫硝反映區(qū)。噴氨處的煙氣溫度應(yīng)該在 900℃以上。由于不具備安裝未脫硝前的氮氧化物濃度監(jiān)測點(diǎn)位的條件,未脫硝的氮氧化物濃度只能通過停止噴氨后煙囪處的監(jiān)測濃度得到。因此,用脫硝系統(tǒng)噴氨和不噴氨時(shí)的氮氧化物濃度值進(jìn)行校核,正常情況下 M 值在 0.9-1.1 之間。
B=V*(C0-CNH3)/46000 ( 式 2.4)
注:C0 為不噴氨時(shí)煙囪處氮氧化物濃度,單位為 mg/m3
CNH3 為噴氨時(shí)煙囪處氮氧化物濃度,單位為 mg/m3
3 結(jié)束語
通過以上的現(xiàn)場核查方法,基本了解企業(yè)脫硝設(shè)施運(yùn)行的情況,能夠找出存在的問題,給企業(yè)提出具體的整改要求。進(jìn)一步促進(jìn)燃煤電廠提高脫硝設(shè)施的運(yùn)行水平,強(qiáng)化氮氧化物減排效果。