1000 MW超超臨界發(fā)電機組SCR脫硝系統(tǒng)性能測試試驗

張 巖，吳永存

(1.浙江省電力試驗研究院環(huán)?；瘜W(xué)所，浙江杭州 310014;2.浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波 315612)

1000 MW超超臨界發(fā)電機組SCR脫硝系統(tǒng)性能測試試驗

張 巖1，吳永存2

(1.浙江省電力試驗研究院環(huán)?；瘜W(xué)所，浙江杭州 310014;2.浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波 315612)

0 引言

NOx是大氣主要污染物之一，也是造成光化學(xué)煙霧和酸雨的主要原因［1］。隨著我國火電建設(shè)步伐的加快，單機容量1000MW超超臨界機組越來越多。SCR脫硝技術(shù)工藝成熟，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)［2］。本文以浙江國華浙能發(fā)電公司5號機組煙氣脫硝裝置性能測試試驗為實例，對1000MW超超臨界發(fā)電機組SCR脫硝性能測試進行介紹，對測試結(jié)果進行了分析和評價，對試驗中應(yīng)注意的問題進行了說明。

1 SCR脫硝系統(tǒng)概況

國華浙能發(fā)電公司5號機組采用SCR煙氣脫硝工藝，在BMCR工況下，設(shè)計SCR系統(tǒng)入口NOx質(zhì)量濃度為450mg/m3，脫硝效率為80%。單反應(yīng)器布置方式，SCR按1+2層考慮，初始催化劑的裝設(shè)量為保證脫硝效率不低于50%。

2 SCR性能測試要求

2.1 性能保證值

國華浙能發(fā)電公司5號機組配套SCR煙氣脫硝系統(tǒng)性能保證值如表1所示。

SCR脫硝性能測試中氨逃逸量及SO2/SO3轉(zhuǎn)化率指標測量較為復(fù)雜。SO2在催化劑作用下被氧化成SO3，SO3與煙氣中NH3反應(yīng)生成硫酸氫銨及硫酸銨。硫酸鹽具強粘性，易富集在催化劑及空預(yù)器表面，導(dǎo)致催化劑中毒及空預(yù)器堵塞［3－5］。

2.2 測試試驗工況

根據(jù)性能保證值要求，脫硝效率、脫硝系統(tǒng)總壓損、氨逃逸量和氨耗量均要求在鍋爐100%BMCR條件下進行測試。

表1 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)性能保證值

2.3 試驗測點布置

根據(jù)性能測試相關(guān)規(guī)范及標準［6］對測點布置的要求，取脫硝系統(tǒng)進口、出口兩個測試截面，詳見圖1。各截面尺寸、測孔數(shù)量、測試內(nèi)容詳見表2。

圖1 性能測試測截面布置

表2 測試截面參數(shù)及測試項目

3 測試試驗內(nèi)容

性能考核試驗首先評價煙氣流量、溫度、煙塵濃度等參數(shù)是否符合設(shè)計值，并對在線監(jiān)測表計測量值與現(xiàn)場實測值進行比對，然后進行性能保證值測試試驗，當運行工況偏離設(shè)計工況時，用修正曲線對試驗結(jié)果進行修正［7］。

性能考核期間各主要性能參數(shù)(本文煙氣量均為標準狀態(tài)值)為:機組負荷1005.9MW，煙氣量3265439m3/h，SCR 進口煙溫 375.24℃，SCR 進口O2為3.06%，進口 NOx濃度為 290.9mg/m3;SCR出口O2為3.73%，出口NOx濃度為143.58mg/m3;脫硝效率50.59%。

3.1 在線表計的標定

在燃用設(shè)計煤種，100%負荷工況條件下，采用計量校驗合格的儀器對各在線表計參數(shù)進行測量，與操作員站顯示值進行比對，對于顯示值有偏差的數(shù)值予以修正［6］。

試驗中所用主要測量儀器有:NGA2000型煙氣分析儀，精度±1%，測量脫硝系統(tǒng)進、出口NOx濃度脫硫系統(tǒng)進、出口O2濃度、脫硫系統(tǒng)進、出口SO2濃度。TH－880型微電腦煙塵平行采樣儀，精度±2.5%，測量脫硝系統(tǒng)進、出口SO3濃度，脫硫入口煙塵濃度、NH3濃度，脫硫系統(tǒng)進、出口煙氣流速壓力。XMX－1310型工業(yè)熱電偶、精度Ⅱ級，測量脫硫系統(tǒng)進、出口煙溫。

3.2 脫硝效率

為了計算統(tǒng)計時段內(nèi)的NOx平均脫除效率，對SCR進、出口NOx濃度統(tǒng)計均值進行修正，計算公式如下［8］:

式中:C1、C2分別為折算到標準狀態(tài)、干基、過量空氣系數(shù)為1.4條件下的SCR系統(tǒng)進、出口NOx濃度，mg/m3;統(tǒng)計時段為5天。

利用統(tǒng)計時段內(nèi)的氨氮摩爾比0.5084、鍋爐煙氣流量3265439m3/h及SCR進口煙溫375.24℃，根據(jù)性能修正曲線，將式中脫硝效率50.59%修正到設(shè)計工況時的52.33%。

3.3 系統(tǒng)壓降

在機組滿負荷運行工況下，同時測量SCR進、出口處的全壓，按如下公式［4］計算系統(tǒng)壓損:

式中:P1、P2分別為SCR進、出口測量斷面處的煙氣全壓測量值，Pa;ρ1、ρ2分別為 SCR 進、出口處實際工況下的煙氣密度，kg/m3;H1、H2分別為煙道測孔的水平標高，m。

脫硝系統(tǒng)壓損測試時間段內(nèi)，脫硝系統(tǒng)進口煙氣量為3361761m3/h(O2為3.19%)，根據(jù)性能修正曲線，將實測得系統(tǒng)壓損233Pa修正到設(shè)計工況條件下的209Pa。

3.4 氨逃逸量

氨逃逸量采樣流程見圖2。脫硝出口測試截面，使用加熱槍和平行采樣儀，采樣管加熱溫度為120℃，把含NH3的煙氣從出口煙道中抽出，然后煙氣通過裝有0.2mol/L H2SO4溶液的沖擊式吸收瓶，將煙氣中的NH3吸收，樣氣通過干燥劑硅膠干燥后，用流量計計量采氣量。采樣結(jié)束后，用去離子水洗刷吸收瓶和采樣連接管路獲得樣品。最后用離子色譜法測定樣品中的NH4+離子，從而計算出NH3濃度。NH3濃度按過量空氣系數(shù)為1.4條件折算后的濃度值為 0.442mg/m3，小于 2.28mg/m3的性能保證值。

圖2 NH3采樣裝置示意

3.5 SO2/SO3轉(zhuǎn)化率

SO3采樣流程見圖3。脫硝進、出口測試截面，使用加熱采樣槍把包含SO2、SO3的煙氣從煙道中抽出，采樣管溫度120℃，通過放置在80～90℃水浴鍋中的螺旋管將煙氣中SO3冷凝下來，同時保證煙氣中的SO2不在螺旋管中冷凝。對樣氣進行干燥后用流量計計量采氣量，用熱電偶測量煙氣溫度。采樣結(jié)束后使用去離子水洗刷螺旋管獲得樣品。采用離子色譜法測定樣品中的硫酸根離子，計算出SO3濃度，最后依據(jù)下列公式計算出SO2/SO3轉(zhuǎn)換率:

式中:α 為 SO2/SO3轉(zhuǎn)化率;SO3，in、SO3，out分別為折算到標準狀態(tài)、干基、過量空氣系數(shù)為1.4條件下的脫硝系統(tǒng)進、出口的SO3濃度，SO2，in為折算到標準狀態(tài)、干基、過量空氣系數(shù)為1.4條件下的脫硝系統(tǒng)出口的SO2濃度，mg/m3。

圖3 SO3采樣裝置示意

3.6 氨耗量

SCR脫硝系統(tǒng)供氨管路裝配電磁流量計，測量值為瞬時氨體積流量。測得統(tǒng)計時段內(nèi)的瞬時氨體積流量的均值為187.57m3/h，質(zhì)量流量(氨氣密度為0.760g/L)為142.56kg/h，統(tǒng)計時段的 SCR 進口NOx濃度為290.90mg/m3，依據(jù)修正曲線，修正設(shè)計工況的氨耗量為206.98kg/h。

3.7 電耗

SCR脫硝系統(tǒng)用電負荷少，在統(tǒng)計階段內(nèi)，機組平均負荷為1005.81MW的條件下，SCR脫硝系統(tǒng)的平均電耗為55.99kW。

3.8 噪聲

采用Quest 2800積分式精密聲級計對SCR脫硝設(shè)備噪聲進行測試，稀釋風機、吹灰器噪聲均在距機殼1m處測量。

噪聲源測點布置在設(shè)備周圍1m處測試若干個點，IA為平均 A 聲級，由下式［9］計算:(IAi為第 i測量點的A聲級)。

性能考核試驗測得風機A噪聲88.7dB(A)，稀釋風機B噪聲值88.6dB(A)，噪聲超標。其他設(shè)備處噪聲都在85dB(A)以下。

4 測試試驗結(jié)果

國華浙能發(fā)電公司5號機組SCR脫硝性能測試試驗結(jié)果如表3所示。

SCR脫硝性能測試試驗中，煙氣流量、溫度和煙塵含量測試結(jié)果符合設(shè)計要求。性能保證值試驗中的脫硝效率、脫硝系統(tǒng)總壓損、氨逃逸量、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、氨耗量和電耗都達到性能保證值。

表3 SCR脫硝性能測試結(jié)果

5 結(jié)語

脫硝系統(tǒng)性能測試試驗的目的是驗證裝置各性能指標是否符合性能保證值，為環(huán)保驗收提供依據(jù)。脫硝系統(tǒng)的性能測試，尤其是1000MW超超臨界機組，對于采樣位置、數(shù)值統(tǒng)計、修正曲線、噪聲值的修正和氨逃逸量的測量及評價應(yīng)多加注意:

(1)采樣位置。采樣所選截面在脫硝裝置進出口區(qū)域，具有溫度高、煙塵濃度高、截面大、污染物濃度及速度分布不均勻等特點［8，10］。針對上述特點，應(yīng)特別注意安全，避免高溫燙傷及煙塵損傷測試儀器。測量煙氣中易溶于水的物質(zhì)時，取樣時要對采樣裝置進行伴熱，防止煙氣冷凝吸收對測量結(jié)果的影響。針對測量截面面積大、濃度及速度分布不均的特點，需要采取網(wǎng)格法取樣測量的方法，使測量值盡可能的代表整個截面的數(shù)值。

(2)數(shù)值統(tǒng)計。普通脫硝系統(tǒng)性能測試期間，每隔10～15min記錄一次數(shù)據(jù)，然而實踐中可以看出這種瞬時值的記錄具有相對不平均、隨機性較強等缺點，為切實反映統(tǒng)計期間的數(shù)據(jù)，試驗中采取使用DCS的歷史記錄報表，每分鐘記錄一個數(shù)據(jù)點，再計算統(tǒng)計時間段內(nèi)的均值的方法，來抵消記錄時間過長導(dǎo)致的結(jié)果平均性不好對統(tǒng)計結(jié)果的影響，使統(tǒng)計結(jié)果更能反映統(tǒng)計時段內(nèi)的平均值。

(3)修正曲線。由于每個SCR脫硝系統(tǒng)都有一個設(shè)計工況點，而實際的性能測試試驗期間不可能完全與設(shè)計工況重疊，或多或少偏離，這就需要一組修正曲線來擬合實際工況與設(shè)計工況值，便于評價其性能是否符合性能保證值。性能曲線一個是類別的問題，組數(shù)越多，設(shè)計的參數(shù)越多，修正時考慮的條件的越完全，也越能反映修正的精確度;另一個是一組特定曲線的可操作性問題，部分修正曲線簡單，可操作性差，如果遇到此類情況需要設(shè)計單位按要求［7］提供可操作性較強、能夠利用各個相關(guān)參數(shù)通過差值或線性回歸等方法得出修正值的修正曲線，從而相對精準的折算出修正值。

(4)噪聲測量值修正。根據(jù)相關(guān)標準的規(guī)定［9］，當測量值與環(huán)境背景值相差在3～10dB(A)時需要對測量值加以修正。大多數(shù)脫硝系統(tǒng)各個設(shè)備的噪聲測量，設(shè)備布置相對緊湊，測量值與背景值很接近，按標準中的規(guī)定將測量值減去相應(yīng)數(shù)值對測量結(jié)果加以修正。

(5)氨逃逸量。對于氨逃逸的測量，由于氨屬于易溶于水的物質(zhì)，因此在采樣時應(yīng)對采樣裝置進行伴熱，并保證采樣后至吸收瓶的連接管盡量的短，防止在這部分管路中發(fā)生的冷凝吸收。脫硝進口流速及NOx濃度分布不均勻，截面上對應(yīng)的各個分區(qū)噴氨量也不盡相同，導(dǎo)致測試截面上各個位置的氨逃逸量不均勻。對氨逃逸量的測量應(yīng)采取網(wǎng)格法，即在測試截面取若干個有代表性的測點進行測量，得出截面的平均氨逃逸量。

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［3］陳海林，宋新南，江海斌，等.SCR脫硝性能影響因素及維護［J］.山東建筑大學(xué)學(xué)報，2008，23(2):145 －149.

［4］王智，賈瑩光，祁寧.燃煤電站鍋爐及SCR脫硝中SO3的生成及危害［J］.東北電力技術(shù)，2005，26(9):1 －3.

［5］馬新立.超超臨界鍋爐SCR脫硝工藝及其調(diào)試［J］.電力環(huán)境保護，2009，25(4):16 －18.

［6］GB/T 16157－1996，固體污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法［S］.

［7］HJ 562－2010，火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性催化還原法［S］.

［8］GB/T 21509－2008，燃煤煙氣脫硝技術(shù)設(shè)備［S］.

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Performance testing experiments of
SCR denitrification system in 1000 MW ultra－supercritical generating units

隨著火電建設(shè)步伐的加快，單機容量1000MW超超臨界機組越來越多，其脫硝裝置的正常投用對我國空氣環(huán)境質(zhì)量的提升有著重要意義，脫硝性能測試試驗倍受關(guān)注。以浙江國華浙能發(fā)電有限公司1000MW燃煤機組脫硝裝置性能測試試驗為例，對脫硝系統(tǒng)性能測試進行了試驗研究。結(jié)果表明，除部分設(shè)備噪聲超標外，其余指標均符合設(shè)計要求。對試驗過程中應(yīng)注意的問題進行了說明。

SCR;脫硝裝置;性能測試

With the acceleration of domestic thermal power construction，the unit capacity 1000MW ultra －supercritical generating units are increased continuously.The healthy operation of denitration system plays an important role in the promotion of our air environment quality.The performance testing of the system is also paid more attention.Take the SCR denitration system in 1000MW ultra － supercritical generating unit of Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co.Ltd for example，the experiments are introduced in detail.The results show that all the performance indices are up to the standard except for certain equipment noise，and the necessary analyses and estimate are expatiated.The matters of concern are especially explained.

SCR;denitrification system;performance testing

X701.7

B

1674－8069(2011)02－042－04

2010-09-25;

2011-02-16

張 巖(1980-)，男，工程師，主要從事發(fā)電廠脫硫、脫硝、電除塵器、粉塵、噪聲的治理研究及電網(wǎng)電磁輻射防護研究。E－ mail:zhangyanzju@163.com