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磁翻板液位计在液氨储罐里不能正常读数的原因分析

编辑: 来源: 发布日期:2020-01-09
    摘要:我国燃煤电厂每年氮氧化物排放量巨大,需要对氮氧化物的排放实施严格控制。本文提出了对燃煤电厂 SCR 和 SNCR 两种脱硝工艺的现场核查方法。通过严格的现场核查,督促企业正常稳定运行脱硝设施,充分发挥对氮氧化物的削减作用。

    我国的电力供应主要以煤电为主,2015 年煤电发电量 42686.5 亿千瓦时,占全社会发电量的 75.6%,消耗燃煤 18.45 亿吨,占煤炭消耗总量的 44.8%。按照 4 千克 / 吨煤的氮氧化物产生经验系数计算,煤电会产生 738 万吨的氮氧化物,如果不进行控制,将对大气环境质量产生非常巨大的影响。为了解决燃煤电厂氮氧化物排放对环境的不良影响,我国在“十二五”期间大力推进燃煤机组脱硝设施的建设工作,截至2015 年底,全国已投运脱硝机组 8.3 亿千瓦,占全部火电装机的 92%,对于削减氮氧化物排放量、减轻电厂燃煤排放氮氧化物对环境的影响发挥了巨大的作用。

    但是,由于受建设和运行管理水平以及一些主观原因的限值,部分燃煤机组脱硝设施不能正常稳定运行,甚至存在弄虚作假的行为,未能真正起到脱硝设施减排氮氧化物的目的 [1]。因此,加强对燃煤电厂脱硝设施运行的现场核查和监管,对于提高燃煤电厂对脱硝设施的认知程度、帮助企业提高运行管理水平,真正发挥脱硝设施的减排治污效果作用巨大。

    1 脱硝设施的基本运行原理
    现在较为常见的脱硝工艺主要有选择性催化还原工艺(Selective Catalytic Reduction,SCR) 和 选 择 性 非 催 化 还 原 工 艺(selectivenoncatalytic reduction,SNCR),还有部分企业采用 SCR+SNCR 的联用技术,少数特殊行业还有采用活性焦脱硝、还原性气体(CO、CH4 等)脱硝等工艺。本文主要先容 SCR 和 SNCR 脱硝工艺的核查技术。

    SCR 和 SNCR 脱硝过程中主要的化学反映相同:
    4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2 → 3N2+6H2O

    在把氮氧化物还原为 N2 的过程中,需要 NH3(g)作为还原剂来参与反映。SCR 和 SNCR 脱硝工艺的共同点是均可采用液氨、尿素作为脱硝还原剂。采用液氨作为还原剂时,需要有液氨蒸发装置,将液氨气化为气态氨;采用尿素作为还原剂时,需要有尿素热解装置,使尿素发生如下的分解反映产生氨气:

    CO(NH2)2 → NH3+HNCO
    HNCO+H2O → NH3+CO2

    SCR 和 SNCR 的不同之处在于:SCR 发生上述氮氧化物还原反映是在 300-400℃的温度区间内,需要含有钼、钨等过度金属氧化物的钛基催化剂对反映进行催化才能发生;SNCR 发生上述氮氧化物还原反映不需要催化剂的参与,但是反映需要在 900-1000℃下才能发生。结合我国燃煤电厂通常采用的锅炉类型,SCR 脱硝工艺通常应用在煤粉锅炉机组上,SNCR 脱硝工艺通常应用在循环流化床锅炉机组上。

    2 现场核查的技术要点
    根据以上所述的脱硝工艺,可以分工段、分类对两种脱硝设施进行现场核查。

    2.1 还原剂制备系统的核查
    2.1.1 液氨蒸发系统的核查
    采用液氨作为还原剂的燃煤电厂,通常设置两个液氨储罐来存储液氨,一备一用或者两个同时使用,视机组数量和机组负荷而定。液氨储罐上通常会有两套液位计,一套为就地查看的磁翻板液位计,一套为上传电信号的压差式液位计。常见的问题是磁翻板液位计由于故障或管内氨气压力的作用,不能正常读取液位水平。要求企业使用磁铁性物质从上到下将磁翻板液位计逐个刷扫,以使回复正常显示,如不能回复,则必须在液氨储罐腾空时加以修复。

    液氨从储罐引出,进入液氨蒸发车间。[2] 液氨蒸发车间主要检查氨气压力是否在设计值范围内,车间内有无氨气泄漏。液氨汽化后进入缓冲罐,供脱硝系统使用,从氨气缓冲罐接出的氨气输送压力正常值为0.1Mpa 左右,可以读取就地压力计进行检查。液氨蒸发车间内应无明显可嗅到氨刺激性气味,否则判断存在漏点,要求企业必须进行排查整改。

    液氨蒸发器通常为蒸汽加热,加热温度为 160℃左右。可以检查蒸汽输送管线是否正常发热。在液氨站控制室内,可以调取就地各种参数进行查阅,如液氨罐的液位水平,正常应该随着液氨的使用逐步下降,在向罐内冲装液氨后,液位恢复到高位。同时比对液氨卸车纸质记录,应与氨罐液位变化相吻合。

    2.1.2 尿素热解系统的核查
    尿素作为还原剂的,需要将尿素配置为 50% 左右的饱和溶液,再进行热解。正常情况下,尿素溶液储罐的温度保持在 45-55℃,以防止尿素析出结晶,堵塞管路。尿素热解温度一般在 450-600℃,热解产生的氨气在缓冲罐内储存以供使用,从氨气缓冲罐接出的氨气输送压力正常值为 0.1Mpa 左右,可以读取就地压力计进行检查。

    2.2 脱硝反映区的检查
    2.2.1 SCR 脱硝反映区的检查
    通常采用 SCR 脱硝工艺的机组,将锅炉省煤器出口的烟气分为两部分,分别设置一台反映器,内填装催化剂,在催化剂上层喷入氨气,在催化剂表面发生脱硝反映。[3]

    较前检查部分表征参数的状态。反映器入口处的烟气温度应为 300-400℃,如温度低于此温度,脱硝反映无法发生;反映器出入口的压差应不大于 1000Pa,否则催化剂积灰堵塞严重,影响反映效率;[4] 反映器出口处的未能完全反映的氨气浓度应不大于 3ppm,不能长期显示为一恒值或者为 0,否则判断为氨逃逸监测仪器故障或测点选取不合适,大于 3ppm 可能会有安全风险。

    第二对氮氧化物浓度、烟气量、喷氨量等数据进行校核。校核公式为:
    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 为反映器喷入 NH3 的质量流量,单位为 kg/H
    V 为反映器烟气流量,单位为 Nm3/H
    C,in 为反映器入口处监测氮氧化物浓度,单位为 mg/m3
    C,out 为反映器出口处监测氮氧化物浓度,单位为 mg/m3

    采用公式 2.3 对反映器的氮氧化物浓度、烟气量、喷氨量进行校核,正常情况下 M 值应在 0.8-1 之间,如果超出此范围,可能是有关表记测量不准确,或者是脱硝设施运行弄虚作假。

    第三进行脱硝反映器运行调整试验,考察氮氧化物浓度的变化情况。做法为选择一侧或者两侧反映器,停止氨气的喷入,大约经过 3-5 分钟的延迟后,反映器出口处的氮氧化物浓度将和入口处的氮氧化物浓度趋于一致,如不能趋于一致,则可能是在线监测设备故障或监测点位选择不合适。需要进一步核实脱硝设施的运行数据加以佐证。

    2.2.2 SNCR 脱硝反映区的检查
    SNCR 脱硝工艺由于不存在严格意义上的反映区,通常将喷氨格栅后的一段烟道近似认为是脱硝反映区。喷氨处的烟气温度应该在 900℃以上。由于不具备安装未脱硝前的氮氧化物浓度监测点位的条件,未脱硝的氮氧化物浓度只能通过停止喷氨后烟囱处的监测浓度得到。[5] 因此,用脱硝系统喷氨和不喷氨时的氮氧化物浓度值进行校核,正常情况下 M 值在 0.9-1.1 之间。

    B=V*(C0-CNH3)/46000 ( 式 2.4)
    注:C0 为不喷氨时烟囱处氮氧化物浓度,单位为 mg/m3
    CNH3 为喷氨时烟囱处氮氧化物浓度,单位为 mg/m3

    3 结束语
    通过以上的现场核查方法,基本了解企业脱硝设施运行的情况,能够找出存在的问题,给企业提出具体的整改要求。进一步促进燃煤电厂提高脱硝设施的运行水平,强化氮氧化物减排效果。

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