脱硝系统倒挂的原因分析

脱硝系统自超低排放改造后，出口由200mg/Nm3调整为50mg/Nm3，脱硝出口NOx出现严重倒挂，脱硝喷氨自动调节阀无法投入自动，运行人员手动调节难度大，造成还原剂浪费，氨逃逸加大，空预器堵塞严重，针对目前现有情况，针对现场情况进行分析探讨，解决出口倒挂问题。

1.前言

NOx是主要大气污染物之一，对环境危害非常严重，而火力发电是NOx的主要排放源。近年来，我国氮氧化物排放量随着能源消费的快速增长而迅速上升，为了改善日益恶化的生态环境，2015年环保部等三部委发布《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，进一步明确要求：东、中、西部地区分别于2017年、2018年、2020年前实现超低排放，其中NOx排放标准为不高于50mg/m3（在基准氧含量6%条件下）。

目前选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术作为一种主要的高效NOx控制技术在燃煤发电机组中得到广泛应用。在超低排放背景下，要求进一步提高SCR脱硝效率，为了获得理想的NOx去除率和低NH3逃逸量，更需要对烟气中的NOx进行精准在线监测与优化喷氨控制。

但由于SCR装置进出口烟道截面比较大，且直管段比较短，同一截面烟气流场分布存在着较大的差异，导致NOx浓度场分布不均，从而造成脱硝催化还原反应所需的氨氮摩尔比分布不均，因此实际运行中普遍存在NOx倒挂、局部区域的过量喷氨，直接导致大量的氨逃逸，并生成硫酸氢铵造成空预器的堵塞，严重影响了机组的安全稳定运行。而传统的单点抽样测量或原位测量法，不能准确的反映烟道内的NOx浓度分布。

此外，由于反应器入口NOx浓度较高且波动幅度大以及负荷波动频繁，脱硝系统普遍存在喷氨自动无法正常投入的问题，同样造成排放超标，氨耗量偏高，氨逃逸偏大，在空预器及冷段设备形成硫酸氢铵造成堵塞问题，影响机组的安全稳定运行。

2.倒挂概念：

NOX浓度倒挂是指SCR出口NOX浓度小于烟囱入口NOX浓度；

3.倒挂的现象：

3.1脱硝出口NOx浓度低于脱硫出口NOx浓度，例如脱硝两侧出口NOx浓度维持在10mg/Nm3左右波动，脱硫出口NOx浓度则在35mg/Nm3左右波动。

3.2根据脱硝出口NOx浓度调整喷氨量，脱硝出口NOx浓度不超排，脱硫出口NOx浓度可能超排。

3.3脱硝单侧出口NOx浓度过高或过低对脱硫出口数据无影响。

3.4 脱硝喷氨调节阀参照脱硝出口NOx数据无法投入自动运行。

4.浅析产生NOx倒挂的原因：

4.1 NOx在烟道里分布不均，有些锅炉燃烧不稳定，NOx浓度排放不均匀，随着烟气流场发生变化，NOx在烟道内呈现无规律分布，譬如烟道中间NOx比两边高出许多，或者是偏少很多。

4.2 烟气和氨气混合不均匀，反应不充分，造成局部区域气氨喷入量过多或过少，氨逃逸量增大。就目前国内大多脱硝系统喷氨格栅阀门为手动阀门，热太调试过后一般不做大的调整，也就是说每个烟道固定区域喷入的氨量是不变的，或者根据压力变化而产生很小的变化。但烟道内NOx分布是不固定的，在升降负荷、磨煤机启停的情况均会出现NOx分布发生变化或剧烈波动。

4.3.氮氧化物测点位置在烟道两侧，导致数据偏差，脱硝系统新建时脱硝入口及出口NOx数据测量采用单点或3点测量的方式，设置的位置不一，针对W炉型，省煤器出口NOx分布情况一般为中间高两侧低，如果再将出口测点设置在烟道两侧，则测量出NOx浓度更加不能反映出烟道内部NOx实际分布情况，导致氨气过喷情况时有发生。

5.NOX倒挂的影响：

5.1液氨的耗量增加，不满足节能降耗的要求；目前环保形势严峻，首各地地方政策影响，环保控制要求不一，NOx压降程度不同，各脱硝设施为保证出口达标排放，通常通过加大喷氨量已达降低出口的目的，势必会造成氨逃逸。

5.2为满足烟囱出口NOX浓度满足要求，增大喷氨量会造成氨逃逸升高，进而影响下有设备的运行。

5.3脱硝运行无法稳定的控制，对运行调整带来阻力，对达标排放带来影响。

5.4喷氨自动调节阀无法投入自动，对经济运行、达标排放有一定影响。

6. NOX浓度倒挂的解决措施

6.1脱硝系统不进行改造：

脱硝系统不进行喷氨优化改造，可以采取以下措施缓解NOx倒挂程度，优点是节约投资成本，施工难度不大，但无法彻底解决NOx倒挂问题。

6.1.1对SCR出口进行整体比对测试，寻找更接近脱硫出口NOx浓度的位置，将NOx测量装置更换到此位置。

6.1.2增加出口NOx测点数量，实时监测烟道内NOx分布情况，以保证数据的准确性。

6.1.3定期对CEMS装置进行试验，以保证测量数据准确。

6.1.4修改现有的喷氨自动逻辑，在控制上参考烟囱入口NOX浓度，对SCR出口NOX浓度值进行修正，优化喷氨量。

6.1.5调整喷氨格栅手动蝶阀，使NOX与氨气混合更为均匀。

6.1.6检修期间，检查烟道导流板，调整至合适位置，以保证烟气更为均匀。

6.1.7利用检修期间，检查催化剂的活性，对失效催化剂进行更换或再生。

6.2 脱硝系统进行改造，引进成熟的技改技术路线。

6.2.1 NOx矩阵式测量系统

目前脱硝系统NOx烟气分析仪通常采用单点或三点测量的方式，由于流场紊乱、喷氨不均等因素，单点或三点测量数据不具有代表性，不能保证脱硝系统进出口NOx和氨逃逸浓度测试的准确性。

NOx矩阵式测量系统可以通过网格法在每侧烟道布置6-8个测点，采用烟气抽取稀释法与化学发光法相结合的方法，实现同时采样、分时轮测，在线监测出口NOx排放的均匀性。

矩阵式测量系统的测点分区根据脱硝系统流场测试、流场模拟和喷氨格栅布置方式来确定。建议300MW机组脱硝系统A/B侧分别布置6组喷氨格栅，每组3根支管，结合流场测试结果形成的分析报告，单侧烟道被划分为6个网格区域，每个网格区域设一个取样探头，两侧一共12个网格区域抽取的烟气经预处理和轮测切换装置，送入测量仪表，左右两侧共同配置一套测量仪表系统。

在目前国内市场中，NOx的测量基于三种原理：化学发光法、非分散红外法、紫外差分法。化学发光法的仪器检出限最低，在测定低浓度时准确性最好。

稀释法的烟气抽取法与化学发光法相结合，具有不用除水，系统简单的优势，大大降低了故障停运概率和维护成本。尤其适合超低排放后的NOx测量。通过对比分析，采用稀释法与化学发光法相结合的NOx分析仪是比较理想的选择。

6.2.2 喷氨分区控制系统

建议300MW机组脱硝系统将喷氨格栅每侧分为6个区，共12个区。每个区域的喷氨支管由一个喷氨调节阀控制，共计12个喷氨调节支阀，喷氨调节支阀信号直接接入PLC系统，根据多点测量数据结果进行调节阀开度调整。

此外，采用基于历史数据分析的智能喷氨格栅均衡控制算法。喷氨格栅均衡控制算法不但要考虑到出口NOx的实时测量值，还要结合出口NOx的历史数据。

7.结论

脱硝系统超低排放改造后NOx倒挂、无法投入自动运行、氨逃逸过大，空预器堵塞严重等是目前所有脱硝系统正面临的普遍问题，各公司皆在探索解决方案，但还没有哪个公司能够真正的解决，均在探索实验阶段，NOx矩阵式测量+喷氨分区控制这条技术路线个人认为相对比较成熟，可以较好的解决NOx倒挂问题。