600MW火電機(jī)組脫硝系統(tǒng)運(yùn)行分析與優(yōu)化

（內(nèi)蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 托克托 010206）

引言

隨著環(huán)保要求的不斷提高及脫硝催化劑性能的下降，脫硝技術(shù)、脫硝運(yùn)行調(diào)節(jié)、脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化等需要不斷的深入分析和研究，為滿足國家環(huán)保要求在2017年年底實(shí)現(xiàn)近零排放做好基礎(chǔ)工作。

國內(nèi)部分較早投入煙氣脫硝裝置的燃煤電廠，通過多年的脫硝運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，研究出許多可行的脫硝優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)，包括鍋爐燃燒調(diào)整優(yōu)化、脫硝反應(yīng)區(qū)噴氨優(yōu)化、脫硝控制系統(tǒng)優(yōu)化等，我廠10臺(tái)機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)均采用SCR煙氣脫硝技術(shù)，目前已全部投入運(yùn)行，脫硝系統(tǒng)的CEMS數(shù)值與實(shí)際濃度有一定偏差，并且氨逃逸對(duì)空預(yù)器造成較大影響，通過對(duì)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，降低液氨使用量，同時(shí)對(duì)噴氨分支進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整，使得煙氣與氨氣充分混合，并盡可能接近理論氨氮摩爾比，從而保證NOX污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上降低噴氨量，使CEMS顯示數(shù)據(jù)與實(shí)際NOX的排放濃度基本一致。

脫硝系統(tǒng)投入后受氨逃逸影響空預(yù)器差壓增長明顯，主要原因?yàn)榱蛩釟滗@生成量大，附在空預(yù)器蓄熱元件上粘結(jié)飛灰，堵塞空預(yù)器。在空預(yù)器煙氣環(huán)境下，SO3和NH3會(huì)反應(yīng)生成硫酸氫銨，硫酸氫銨

反應(yīng)式：NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

在一定的溫度區(qū)間呈現(xiàn)液態(tài)，會(huì)捕捉煙氣中的飛灰，附著在空預(yù)器的換熱面上，從而造成空預(yù)器的阻力增加甚至堵塞，容易造成空預(yù)器阻力增加。我廠5號(hào)爐投運(yùn)脫硝后空預(yù)器差壓上升速度很快，運(yùn)行不到3個(gè)月時(shí)間空預(yù)器差壓由1.5kPa上升至2.2kPa，空預(yù)器差壓變化曲線如圖1所示：

圖1 空預(yù)器堵塞前后煙氣差壓的變化

空預(yù)器差壓最高達(dá)3.8kPa，不僅影響機(jī)組正常帶負(fù)荷，同時(shí)影響風(fēng)機(jī)耗電率，機(jī)組綜合廠用電率上升明顯。

2014年8月利用停機(jī)機(jī)會(huì)對(duì)我廠5號(hào)爐空預(yù)器進(jìn)行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)空預(yù)器堵塞嚴(yán)重，且堵塞部位在空預(yù)器下段（共分2段）蓄熱元件的中下部位，對(duì)堵塞成分進(jìn)行化驗(yàn)分析，結(jié)果顯示含有較多硫酸氫銨，硫酸氫銨導(dǎo)致空預(yù)器內(nèi)部堵塞。

一、降低脫硝系統(tǒng)氨逃逸的方法

煙氣中NOx主要是NO和NO2，其中NO約占92%～95%，按照NO、NO2的比例，根據(jù)氧化-還原反應(yīng)式，完全去除煙氣中的NOx，NH3與NOx的摩爾比為1.05～1.08。

隨著現(xiàn)代消費(fèi)社會(huì)的發(fā)展，文化展示與旅游經(jīng)濟(jì)的關(guān)系愈發(fā)緊密。20世紀(jì)50年代以來，世界大眾旅游格局逐漸形成，全球范圍的旅游產(chǎn)業(yè)鏈隨之發(fā)展起來。隨著旅游客源市場(chǎng)的日漸細(xì)分，針對(duì)“文化旅游”市場(chǎng)需求而進(jìn)行的旅游開發(fā)受到了人們的重視。古老的禮儀、民俗等被作為了旅游吸引物，被裝幀起來，被搬進(jìn)景區(qū)，被植入到旅游產(chǎn)品的環(huán)節(jié)中?！?〕古老的傳統(tǒng)文化越來越成為文化旅游產(chǎn)業(yè)新的增長點(diǎn)，成為當(dāng)代“可參觀性“的生產(chǎn)和消費(fèi)的文化資源。文化展示，特別是地方傳統(tǒng)文化和遺產(chǎn)文化的展示，借助博物館、民族園、旅游景區(qū)、甚至互聯(lián)網(wǎng)等，成為一地區(qū)別于另一地區(qū)從而展示其獨(dú)特身份的文化和經(jīng)濟(jì)策略。

實(shí)際運(yùn)行中，為將NH3與NOx的摩爾比應(yīng)控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，既能保證脫硝效率在一個(gè)較高的范圍，又能使脫硝裝置出口氨逃逸控制在較低的范圍，為降低氨逃逸我廠主要采取以下方法：

1.降低脫硝系統(tǒng)入口NOx濃度

為降低脫硝入口氮氧化合物，近年來各電廠均采用了新型的低氮燃燒器，原因是通過降低脫硝入口NOx可以直接降低氨氣使用量，減低脫硝運(yùn)行成本，另外氨氣在煙氣中含量相對(duì)減小，氨逃逸的相對(duì)幾率也會(huì)減小，因此通過鍋爐的燃燒調(diào)整降低脫硝入口NOx可達(dá)到減小氨逃逸的目的，在出口氮氧化合物一定的前提下，盡量通過燃燒調(diào)整降低入口氮氧化合物，實(shí)際運(yùn)行證明氨在出口氮氧化合物一定的前提下逃逸隨入口氮氧化合物增大而增大，變化曲線如下圖所示：

圖2 SCR入口NOx濃度對(duì)氨逃逸濃度的影響

圖2為脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)通過實(shí)際試驗(yàn)得出的變化曲線，隨著脫硝系統(tǒng)入口氮氧化合物升高氨逃逸明顯增大。通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)結(jié)合空氣分級(jí)燃燒的理念，制定鍋爐燃燒調(diào)整措施，控制脫硝系統(tǒng)入口氮氧化合物在350mg/Nm3可將氨逃逸控制在1ppm以下。

2.避免脫硝系統(tǒng)出口NOx數(shù)值過低

在出口氮氧化合物盡量不超標(biāo)的前提下，控制合適的脫硝出口氮氧化合物數(shù)值，避免因脫硝出口NOx數(shù)值控制太低導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)因局部過量噴氨造成氨逃逸明顯增加，實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，在入口氮氧化合物一定的前提下，氨逃逸隨出口氮氧化合物的降低而增大，變化曲線如下圖所示。

圖3 SCR出口NOx濃度對(duì)氨逃逸濃度的影響

由圖3可見脫硝系統(tǒng)出口NOx控制越低氨逃逸越大，脫硝系統(tǒng)出口NOx低于60mg/Nm3氨逃逸會(huì)明顯增大。

3.控制脫硝系統(tǒng)入口煙氣溫度

SCR脫硝技術(shù)是建立在催化劑效率基礎(chǔ)上的化學(xué)還原反應(yīng)，因此催化劑的使用條件至關(guān)重要，脫硝反應(yīng)要求催化劑在310℃-400℃之間的溫度區(qū)間運(yùn)行，只有在該區(qū)間范圍內(nèi)才能保證較高的催化反應(yīng)效率，其中在350℃-370℃之間催化劑的性能最高，因此要盡可能控制在該范圍內(nèi)運(yùn)行，避免催化劑在低溫度區(qū)間運(yùn)行，特別是在310℃以下溫度運(yùn)行。因?yàn)榇呋瘎┬阅艿南陆当厝粚?dǎo)致脫硝反應(yīng)效率，效率下降必然導(dǎo)致氨逃逸相對(duì)上升，目前各火電企業(yè)為提高脫硝入口溫度大多分級(jí)省煤器或煙氣旁路來提高脫硝系統(tǒng)入口溫度，我廠1、2號(hào)機(jī)組采用煙氣旁路擋板，為確保脫硝系統(tǒng)入口溫度在310℃以上，采用煙氣旁路擋板調(diào)節(jié)煙氣溫度的機(jī)組在調(diào)節(jié)煙氣旁路擋板時(shí)防止因煙氣旁路接口位置對(duì)測(cè)溫元件的影響，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)入口溫度虛高或虛低，溫度虛高影響脫硝效率，溫度虛低影響鍋爐排煙溫度。

4.檢修維護(hù)中及時(shí)消除脫硝系統(tǒng)設(shè)備缺陷

4.1 催化劑有無積灰磨損問題，發(fā)現(xiàn)局部積灰應(yīng)檢查吹灰器有無缺陷，并及時(shí)消除，發(fā)現(xiàn)催化劑有破損或缺失嚴(yán)重應(yīng)及時(shí)更換，避免催化劑局部缺失導(dǎo)致氨逃逸增大，另外如果不及時(shí)跟換會(huì)導(dǎo)致缺失部位煙氣流量增大，進(jìn)一步擴(kuò)大催化劑損壞范圍，缺失嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)無法正常投運(yùn)，甚至被迫停機(jī)。因此催化劑的運(yùn)行檢查和維護(hù)至關(guān)重要。

4.2 檢查噴氨格柵有無磨損及噴頭有無堵塞問題，發(fā)現(xiàn)噴氨格柵管路有磨損減薄或已經(jīng)磨漏應(yīng)及時(shí)跟換，有噴頭堵塞要及時(shí)跟換或清理，避免因噴氨管泄漏或個(gè)別噴頭堵塞導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)噴氨分配不均勻，煙氣和氨氣混合不均勻、不充分，氨氣無組織分配，脫硝效率下降，氨逃逸相對(duì)上升。我廠利用停機(jī)機(jī)會(huì)做脫硝系統(tǒng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，啟動(dòng)稀釋風(fēng)機(jī)（不投氨氣）檢查各噴頭配風(fēng)及噴射強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，可確保噴氨系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

5.改善煙氣與氨氣混合的均勻性

通過設(shè)備消缺和噴氨試驗(yàn)可保證各噴氨格柵噴氨均勻，但是做到煙氣和氨氣混合均勻還需要保證煙氣在煙道內(nèi)分布均勻，然而煙氣從進(jìn)入脫硝系統(tǒng)到脫硝出口需要通過多個(gè)煙道彎頭，另外受到局部阻力的影響，煙氣中NOx濃度分布并不均勻，因此盡管噴氨比較均勻也不可保證氨氣和煙氣可混合均勻，需要通過根據(jù)煙氣分布情況對(duì)反應(yīng)器噴氨各個(gè)支管的進(jìn)行調(diào)整，并通過測(cè)量確定煙氣分布特點(diǎn)，利用機(jī)組檢修對(duì)煙道導(dǎo)流板進(jìn)行調(diào)整，盡量避免煙氣分不均的情況，針對(duì)這一情況我廠分為三個(gè)負(fù)荷100%、75%、50%運(yùn)行工況對(duì)煙道內(nèi)煙氣的分布進(jìn)行測(cè)試，并根據(jù)SCR出口煙道截面上NOx、O2濃度分布情況對(duì)各噴氨風(fēng)門進(jìn)行調(diào)整，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 優(yōu)化調(diào)整前后SCR出口NOx濃度分布

表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)說明在噴氨手動(dòng)閥門未調(diào)整前煙道內(nèi)NOx很不均勻，因此必然存在局部噴氨過量的問題，另外通過定期測(cè)量分析可發(fā)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)內(nèi)催化劑的磨損情況，為機(jī)組停機(jī)更換催化劑提前做準(zhǔn)備工作。

二、取得的經(jīng)濟(jì)效果

通過上述調(diào)整試驗(yàn)，我廠脫硝系統(tǒng)運(yùn)行得到了進(jìn)一步優(yōu)化，取得了較大的經(jīng)濟(jì)利益，具體參數(shù)變化如下圖所示：

表2 各負(fù)荷脫銷系統(tǒng)參數(shù)對(duì)比

1.由上表可見優(yōu)化運(yùn)行后鍋爐出口NOx下降明顯，供氨流量平均下降4.11Nm3/h；一天可節(jié)約氨氣量98.64 Nm3，一年可節(jié)約氨氣量36003.6 Nm3

在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下氨氣的密度是0.7604g/L，折算為0.15MPa氨氣的密度為=0.7604/0.101×0.651=4.9 g/L=4.9kg/m3;

一年節(jié)約液氨量63.52噸；

每噸液氨按照3000元計(jì)算，一臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約資金19.1萬元；全廠10臺(tái)機(jī)組可節(jié)約資金=19.1×10=191萬元。

2.另外優(yōu)化運(yùn)行后脫硝出口氨逃逸平均下降0.64ppm，有效減小氨逃逸，避免形成大量硫酸氫氨堵塞空預(yù)器，有效提高了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

三、結(jié)論

為了降低SCR系統(tǒng)運(yùn)行成本，減少SCR出口氨逃逸濃度，在一臺(tái)600MW亞臨界燃煤機(jī)組上實(shí)施了一系列的優(yōu)化實(shí)踐，將實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

1.氨逃逸隨SCR入口NOx濃度的升高而增大，控制SCR入口氮氧化合物在350mg/Nm3可將氨逃逸控制在1ppm以下；

2.氨逃逸隨SCR出口NOx濃度的降低而增大，應(yīng)控制SCR出口NOx濃度不低于60mg/Nm3；

3.煙溫在350℃-370℃范圍內(nèi)，催化劑的性能最高，因此要盡可能控制煙溫在該范圍內(nèi)，避免催化劑在低煙溫區(qū)間，特別是在310℃以下運(yùn)行；

4.脫硝系統(tǒng)本身的缺陷對(duì)脫硝效率以及氨逃逸的影響最大，停爐檢查時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注催化劑有無破損或缺失，噴氨格柵有無磨損及噴頭有無堵塞，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)修復(fù)；

5.煙氣中NOx濃度分布并不均勻，應(yīng)根據(jù)SCR出口煙氣NOx濃度分布情況對(duì)反應(yīng)器各個(gè)噴氨支管的風(fēng)量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

6.實(shí)踐數(shù)據(jù)表明優(yōu)化后的機(jī)組供氨流量平均下降4.11Nm3/h，機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性得到提升。