某330 MW機組SCR脫硝系統(tǒng)運行優(yōu)化調(diào)整試驗分析

劉　義，覃澤棒

(廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東 廣州　510600)

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某330 MW機組SCR脫硝系統(tǒng)運行優(yōu)化調(diào)整試驗分析

劉義，覃澤棒

(廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東 廣州510600)

通過對某330 MW機組選擇性催化還原法(SCR)脫硝系統(tǒng)進行運行優(yōu)化調(diào)整試驗分析，闡述在不同負(fù)荷下的系統(tǒng)脫硝率、氨逃逸濃度、SO2/SO3轉(zhuǎn)換率、系統(tǒng)入口煙氣流場、系統(tǒng)阻力、系統(tǒng)溫降及溫度場等運行特性，為后期機組運行排放達(dá)到環(huán)保指標(biāo)，提高脫硝效率并減少氨逃逸，實現(xiàn)對噴氨系統(tǒng)進行精確調(diào)整提供技術(shù)依據(jù)和必要的數(shù)據(jù)，也為其他SCR系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整試驗研究提供借鑒的思路。

脫硝系統(tǒng)；選擇性催化還原法；運行優(yōu)化調(diào)整試驗；分析

0　前　言

氮氧化物(NOX)是主要的大氣污染物之一，是造成區(qū)域酸雨頻率居高不下的重要原因，還是生成臭氧的重要前體物之一，會產(chǎn)生多種二次污染物?；痣姀S氮氧化物排放總量大而且集中，降氮脫硝技術(shù)成熟，減排效果明顯[1]。全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造，是推進煤炭清潔化利用、改善大氣環(huán)境質(zhì)量、緩解資源約束的重要舉措[2]。為響應(yīng)國家超低排放號召，減少污染物NOX對環(huán)境的影響，提供清潔能源，建設(shè)綠色環(huán)保電廠，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，廣東省已在2012年年底前完成了珠江三角洲地區(qū)內(nèi)300 MW以上燃煤機組降氮脫硝工程改造，即低氮燃燒技術(shù)(low NOXburner,LNB)+選擇性催化還原法(selection catalytic reduction,SCR)。其中選擇性催化還原法(SCR)是一種干法脫硝方法，反應(yīng)的基本原理是：

1　系統(tǒng)簡介

某電廠4號機組采用上海鍋爐廠生產(chǎn)的300 MW亞臨界鍋爐，一次中間再熱控制循環(huán)汽包爐，四角切圓燃燒，固態(tài)排渣，平衡通風(fēng)，全鋼構(gòu)架，露天布置。由于電廠前期進行增容改造，機組容量達(dá)到330 MW，因此本工程脫硝系統(tǒng)規(guī)模按330 MW考慮，采用選擇性催化還原法(SCR)。

圖1　脫硝系統(tǒng)工藝流程示意圖

SCR系統(tǒng)設(shè)備安裝在鍋爐省煤器出口至空預(yù)器入口的煙道之間，反應(yīng)區(qū)全套SCR裝置和氨區(qū)公用系統(tǒng)由東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司設(shè)計及提供。催化劑層數(shù)按2+1模式布置，初裝2層預(yù)留1層，在設(shè)計煤種及校核煤種、鍋爐最大連續(xù)出力工況、處理100%煙氣量、SCR入口煙氣氮氧化物濃度600 mg/Nm3，在布置2層催化劑條件下脫硝效率≥80%，布置單層催化劑條件下每套脫硝系統(tǒng)設(shè)備脫硝效率均不小于50%。催化劑采用蜂窩式催化劑，主要活性成分為TiO2、V2O5及WO3，還原劑采用液氨。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

圖2　氨格柵手動門調(diào)整度曲線

2　優(yōu)化調(diào)整試驗分析

鑒于煙氣脫硝裝置的催化劑需要高額的費用，并且催化劑使用壽命短[3]，為提高催化劑壽命，降低鍋爐引風(fēng)機電耗，既保障機組排放達(dá)到環(huán)保指標(biāo)，又保證機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，通過對SCR系統(tǒng)脫硝率、氨逃逸濃度、SO2/SO3轉(zhuǎn)換率、系統(tǒng)入口煙氣流場、系統(tǒng)阻力、系統(tǒng)溫降及溫度場等的優(yōu)化調(diào)整與分析，研究其對系統(tǒng)運行的影響，為鍋爐脫硝裝置的安全運行提供技術(shù)依據(jù)和必要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)后期在運行過程中對SCR噴氨系統(tǒng)進行精確調(diào)整，建立與NOX的濃度分布場相一致的NH3的噴入劑量，從而保證在SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的每個區(qū)域NOX與NH3化學(xué)當(dāng)量匹配，避免出現(xiàn)NH3不足或過剩的局部區(qū)域，進而提高脫硝效率并減少氨逃逸。

2.1脫硝出口均勻性調(diào)整試驗

經(jīng)測試B側(cè)脫硝出口濃度較為均勻，因此未對B側(cè)噴氨格柵控制手動門進行調(diào)整，僅對A側(cè)噴氨格柵控制手動門進行了調(diào)整，保障調(diào)整后出口NOX濃度偏差控制在10%以內(nèi)。A側(cè)上下噴氨格柵手動門調(diào)整結(jié)果如圖2 a)、圖2 b)所示。建議后期在機組停機檢修期間對噴氨格柵進行堵塞檢查，以保證噴氨均勻性，避免因個別格柵堵塞造成噴氨不均。

2.2氨逃逸濃度分析

310 MW、250 MW、200 MW SCR反應(yīng)器A、B側(cè)的氨逃逸濃度為3.03 ppm/3.02 ppm、2.64 ppm/1.22 ppm、1.23 ppm/0.82 ppm，如圖3所示。由圖3可知，在310 MW負(fù)荷下SCR系統(tǒng)氨逃逸較高，超出3 ppm的設(shè)計保證值； A側(cè)表盤氨逃逸測點測量值較為準(zhǔn)確，可以作為日常運行參考。

圖3　不同負(fù)荷下氨逃逸濃度曲線

圖4　不同負(fù)荷下SO2/SO3轉(zhuǎn)化率曲線

建議日常運行期間適當(dāng)降低噴氨量，使得能夠保證機組排放環(huán)保指標(biāo)的同時，減少氨逃逸量，保證機組運行安全。

2.3SO2/SO3轉(zhuǎn)化率分析

在310 MW、250 MW、200 MW負(fù)荷下SCR反應(yīng)器的SO2/SO3轉(zhuǎn)化率分別為0.56%、0.2%和0.12%，如圖4所示。由圖可知，在3個不同負(fù)荷工況下，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率均小于1%的轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，說明目前機組SO2/SO3轉(zhuǎn)化率指標(biāo)良好。

2.4SCR系統(tǒng)入口煙氣流場分析

分別在310 MW、250 MW、200 MW電負(fù)荷下測量脫硝系統(tǒng)入口煙氣流場。流場測量結(jié)果如圖5至圖7所示(說明：圖5～圖7中，煙道點分布指SCR系統(tǒng)入口沿基建端向擴建端方向所選取的測量代表點；系列1～系列6指每個代表點沿?zé)煹揽v深方向采用網(wǎng)格法等截面劃分后所選取的測量測點)，由圖可知：310 MW、250 MW、200 MW負(fù)荷下系統(tǒng)入口煙氣流場穩(wěn)定，在200 MW負(fù)荷下呈現(xiàn)基建端向擴建端流速逐漸增大的趨勢，而在250 MW以上負(fù)荷呈現(xiàn)煙道中部流速高，兩側(cè)流速低的特點。

2.5SCR系統(tǒng)阻力分析

由圖8 a)、圖8 b)可知，310 MW、250 MW、200 MW負(fù)荷下SCR系統(tǒng)煙氣A、B側(cè)阻力分別為267 Pa/296 Pa、209 Pa/268 Pa、121 Pa/104 Pa，說明系統(tǒng)阻力雖隨機組負(fù)荷升高逐步增大，但目前仍滿足不大于760 Pa的設(shè)計保證值。

2.6SCR系統(tǒng)溫降及溫度場分析

圖5　200 MW工況下SCR系統(tǒng)入口煙氣流場

圖6　250 MW工況下SCR系統(tǒng)入口煙氣流場

圖7　310 MW工況下SCR系統(tǒng)入口煙氣流場

圖8　SCR系統(tǒng)阻力曲線

圖9　脫硝系統(tǒng)溫度曲線

圖10　實測脫硝效率與表盤效率對比

分別在310 MW、250 MW、200 MW電負(fù)荷下測量脫硝系統(tǒng)出入口溫度場及脫硝系統(tǒng)溫降。系統(tǒng)出入口溫度場及系統(tǒng)溫降如圖9 a)、圖9 b)所示。

由圖可知，在310 MW、250 MW、200 MW負(fù)荷下SCR系統(tǒng)煙氣A、B側(cè)溫降分別為9.2℃/11.7℃；8.0℃/5.4℃；1.7℃/1.3℃；各負(fù)荷下煙氣溫度場穩(wěn)定，各負(fù)荷下SCR系統(tǒng)進出口溫度場分布均勻。

2.7脫硝效率分析

分別在310 MW、250 MW、200 MW電負(fù)荷下，測量SCR反應(yīng)器進、出口煙氣的NOX濃度和O2含量，并折算至6%氧量下計算出脫硝效率，與表盤效率進行對比，如圖10所示。

由圖10可知，在310 MW、250 MW、200 MW工況下實測A、B側(cè)脫硝效率分別為83.02%/85.61%、86.47%/85.50%、86.37%/85.75%；與表盤效率偏差分別為6.38%/4.39%、2.83%/4.70%、2.93%/1.85%。經(jīng)對現(xiàn)場實測出入口濃度與表盤值進行對比分析，造成在250 MW以上負(fù)荷時實測脫硝效率比表盤脫硝效率低5%左右的原因是脫硝出口A、B側(cè)比實測NOx與表盤值小約20 mg/m3；但脫硝入口A、B側(cè)實測NOx與表盤值偏差不大，因此建議對SCR系統(tǒng)出口NOX在線測量儀表進行重新標(biāo)定。

3　結(jié)　語

根據(jù)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》要求，東部地區(qū)現(xiàn)役300 MW及以上公用燃煤發(fā)電機組、100 MW及以上自備燃煤發(fā)電機組以及其他有條件的燃煤發(fā)電機組，改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50 mg/m3。面對越來越嚴(yán)格的環(huán)保要求，全廣東省乃至全國的火電廠都必須對其自身的NOX排放濃度進行控制。SCR系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟運行也顯得尤為重要，對SCR系統(tǒng)運行優(yōu)化調(diào)整試驗進行的研究分析，可作為SCR系統(tǒng)日常運行的理論依據(jù)，也為其他SCR系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整試驗研究提供借鑒的思路。

[1]廣東省火電廠降氮脫硝工程實施方案(粵環(huán)[2011]3號)[Z].

[2]全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案(環(huán)發(fā)[2015]164號)[Z].

[3]郝莉麗.600MW超超臨界鍋爐設(shè)計探討[J]．電站系統(tǒng)工程，2007，23(1)：13-17.

The results of operation optimization adjustment test of SCR denitrification system in a 330 MW unit are analyzed, and the operating parameters such as denitrification efficiency, ammonia loss ratio, SO2/SO3 transfer ratio, system resistance, system temperature drop and temperature field under different operating loads are described. Based on the study, the relevant technical basis and necessary parameters are obtained to achieve the environmental protection index for unit emission, improve denitrification efficiency, realize more precise adjustment to ammonia injection system and decrease the ammonia loss ratio, which provides a reference for further research on optimization adjustment test of SCR system.

denitrification system; selection catalytic reduction (SCR); operation optimization adjustment test; analysis

TM621.9

B

1003-6954(2016)04-0084-04

2016-05-16)

劉義(1980)，工程師，從事電站鍋爐試驗與調(diào)試及管理工作;

覃澤棒(1979)，工程師，從事電站鍋爐試驗與調(diào)試的相關(guān)工作。