超臨界鍋爐SCR脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整

張燕強(qiáng) 柯偉良 周秋樂

（茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名 525000）

超臨界鍋爐SCR脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整

張燕強(qiáng) 柯偉良 周秋樂

（茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名 525000）

近年來，隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，SCR煙氣脫硝裝置逐漸成為火力發(fā)電機(jī)組的必備裝備。SCR脫硝裝置具有運(yùn)行可靠、脫硝效率高的優(yōu)點(diǎn)，但若運(yùn)行調(diào)整不當(dāng)，很容易造成空預(yù)器堵塞，影響鍋爐的經(jīng)濟(jì)性，甚至需要停爐處理。文章主要介紹SCR脫硝裝置運(yùn)行中的調(diào)整優(yōu)化，以保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。

SCR脫硝；噴氨調(diào)整；氨逃逸；空預(yù)器堵塞

1 前言

隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，脫硝系統(tǒng)已經(jīng)成為火電機(jī)組的標(biāo)配，且大部分采用SCR煙氣脫硝技術(shù)。SCR脫硝技術(shù)具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、脫硝效率高的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際的應(yīng)用過程中，也反映出很多問題，如氨氣不純帶來的管道腐蝕、閥門堵塞、吹灰控制不理想造成催化劑堵塞甚至損壞、因氨逃逸造成空預(yù)器堵塞等，都影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。其中因噴氨不均造成空預(yù)器堵塞的問題尤其突出，噴氨控制不當(dāng)會(huì)引起空預(yù)器嚴(yán)重堵塞，嚴(yán)重影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，甚至需要被迫停機(jī)處理，應(yīng)引起足夠的重視。因此，十分有必要對(duì)SCR裝置進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整，即通過調(diào)整SCR入口每根噴氨支管上的手動(dòng)閥門，改變不同位置的噴氨量，從而改善出口 NOx和NH3分布的均勻性，在保證裝置脫硝效果的同時(shí)，減少裝置的運(yùn)行成本，提高裝置的可用率。

某公司600MW超臨界機(jī)組于2014年出投產(chǎn)，配套的脫硝系統(tǒng)采用 SCR煙氣脫硝技術(shù)，反應(yīng)器內(nèi)按“2+1”模式布置蜂窩式催化劑，每層催化劑上方設(shè) 3支耙式蒸汽吹灰器以保持催化劑表面清潔。來自公用系統(tǒng)的氨氣與稀釋風(fēng)混合后經(jīng)噴氨格柵（AIG）進(jìn)入SCR煙道，氨噴射采用格柵式小噴嘴，每側(cè)煙道的噴氨格柵分20組，對(duì)應(yīng)20根氨氣支管，每根支管設(shè)手動(dòng)蝶閥實(shí)現(xiàn)煙道截面上的氨噴射流量分區(qū)控制。在設(shè)計(jì)工況、處理100%煙氣量、布置2層催化劑條件下脫硝效率不小于85%，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%。

2 煙氣脫硝的氨逃逸問題

選擇性催化還原法脫硝（SCR）的原理是在催化劑作用下，還原劑NH3在290～400℃下有選擇的將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發(fā)生NH3與O2的氧化反應(yīng)，從而提高了N2的選擇性，減少了NH3的消耗。其中主要反應(yīng)如下：

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

8NH3+6NO2=7N2+12H2O

脫硝過程中同時(shí)也會(huì)發(fā)生一些不利的副反應(yīng)，催化劑中的活性成份V2O5在催化降解NOx的過程中，也會(huì)對(duì)SO2的氧化起一定催化作用。SO2/SO3轉(zhuǎn)化率隨活性成份V2O5含量、煙氣溫度的增加而上升。另外，鍋爐燃燒也會(huì)產(chǎn)生一部分SO3，逃逸的氨和 SO3發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸銨和硫酸氫銨，其反應(yīng)如下：

2SO2+O2→2SO3

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

硫酸銨為干燥固體粉末，對(duì)空預(yù)器幾乎無影響，而硫酸氫銨是一種粘性很強(qiáng)的物質(zhì)，當(dāng)其到達(dá)空預(yù)器冷端時(shí)，由于溫度低于硫酸氫銨熔點(diǎn)，它會(huì)凝結(jié)在換熱元件上，同時(shí)煙氣中的粉塵也會(huì)附著在上面，很難將其清除。如果產(chǎn)生的硫酸氫銨量達(dá)到一定程度，就很容易導(dǎo)致空預(yù)器的堵塞，危及到機(jī)組的安全運(yùn)行。

3 噴氨優(yōu)化方案和措施

進(jìn)行脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，其目的是為了合理控制脫硝副反應(yīng)發(fā)生的程度，在保證脫硝效率的同時(shí)使氨逃逸量達(dá)到最小。由于反應(yīng)器入口煙道內(nèi)煙氣分布的均勻性主要通過反應(yīng)器入口煙道的導(dǎo)流板實(shí)現(xiàn)，噴氨格柵的均勻性需要通過調(diào)整每一路供氨支管上的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度來實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化試驗(yàn)根據(jù)NOx的濃度場(chǎng)和煙氣流場(chǎng)分布情況調(diào)整供氨閥的開度大小來進(jìn)行，最終使反應(yīng)器出口的NOx分布均勻穩(wěn)定。調(diào)整期間的測(cè)試采用網(wǎng)格法，測(cè)點(diǎn)布置分別如圖1、圖2所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量示意圖

位置1：SCR 反應(yīng)器進(jìn)口，測(cè)量煙氣動(dòng)壓、靜壓、NOx、O2；

位置2：SCR 反應(yīng)器出口，測(cè)量煙氣NOx、O2、NH3。

圖2 脫硝反應(yīng)器進(jìn)/出口截面測(cè)孔位置示意圖

3.1 優(yōu)化調(diào)整前摸底試驗(yàn)

在機(jī)組 600MW 負(fù)荷條件下，調(diào)節(jié)噴氨流量，使脫硝效率達(dá)到設(shè)計(jì)值，測(cè)量SCR反應(yīng)器進(jìn)口的NOx 濃度分布和煙氣流場(chǎng)，測(cè)量SCR反應(yīng)器出口的NOx 濃度分布，初步評(píng)估脫硝裝置的效率和噴氨流量分配狀況。測(cè)試結(jié)果如下：

表1 調(diào)整前600MW 工況反應(yīng)器進(jìn)口NO、O2和動(dòng)壓測(cè)量數(shù)據(jù)

測(cè)點(diǎn)位置 進(jìn)口N O（p p m） 進(jìn)口O2（%） 折算后N O x ( m g / m2) 進(jìn)口動(dòng)壓( P a ) B 1 1 8 3 . 6 3 . 3 3 1 8 . 9 7 1 8 0 B 2 1 8 5 . 4 3 . 0 3 1 6 . 7 3 1 3 2 B 3 1 8 4 . 8 2 . 8 3 1 2 . 2 3 1 0 3 B 4 1 8 3 . 9 2 . 6 3 0 7 . 3 3 3 6 7 B 5 1 8 3 . 6 2 . 4 3 0 3 . 5 3 1 2 2 B 6 1 9 1 . 0 2 . 4 3 1 5 . 7 7 1 2 8 B 7 1 9 4 . 5 2 . 2 3 1 8 . 1 3 1 0 2 B 8 1 9 9 . 3 2 . 1 3 2 4 . 2 6 1 7 8 B 9 2 0 0 . 5 1 . 8 3 2 1 . 1 1 1 8 0 B 1 0 1 9 5 . 1 1 . 5 3 0 7 . 6 6 1 3 2

從表1 可以看出在600MW 負(fù)荷工況下，A 側(cè)反應(yīng)器進(jìn)口的煙氣流速分布呈現(xiàn)由低到高再到低，很不均勻，B 側(cè)反應(yīng)器進(jìn)口的煙氣流速分布則比較均勻；A 側(cè)反應(yīng)器進(jìn)口的NOx 濃度分布兩側(cè)高中部低，而B 側(cè)反應(yīng)器進(jìn)口的NOx 濃度分布比較均勻。

表2 調(diào)整前600MW 工況反應(yīng)器出口NO、O2測(cè)量數(shù)據(jù)

從表2可以看出A 側(cè)反應(yīng)器出口的NOx 濃度分布呈現(xiàn)靠反應(yīng)器中部低，外側(cè)高，且偏差很大；B 側(cè)反應(yīng)器出口的NOx 濃度分布呈現(xiàn)雙駝峰型，且偏差很大，如圖3 所示。

圖3 調(diào)整前反應(yīng)器出口NOx 分布圖

3.2 調(diào)整前脫硝系統(tǒng)運(yùn)行狀況

在 600MW 負(fù)荷穩(wěn)定工況下，調(diào)整脫硝入口 NOx小于350mg/m3，脫硝效率 86%以上，兩側(cè)噴氨量約 130kg/h和150kg/h，稀釋風(fēng)量約5150m3/h和5745m3/h，出口NOx 濃度約40mg/m3。

3.3 噴氨優(yōu)化調(diào)整

在機(jī)組600MW 負(fù)荷下，根據(jù)摸底試驗(yàn)的情況，對(duì)反應(yīng)器入口煙道上的噴氨格柵手動(dòng)閥開度進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，提高反應(yīng)器出口的NOx濃度分布均勻性。最終調(diào)整后的測(cè)試結(jié)果如下：

表3 調(diào)整后600MW 工況反應(yīng)器進(jìn)/出口測(cè)量數(shù)據(jù)

計(jì)算A、B 側(cè)反應(yīng)器入口平均NOx 濃度為304.92mg/m3、309.72mg/m3，出口平均 NOx濃度為 33.68 mg/m3、37.25 mg/m3，兩側(cè)脫硝效率分別為 88.95%、87.97%，兩側(cè)反應(yīng)器出口NOx濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為12.66%、12.90%。兩側(cè)反應(yīng)器出口NOx濃度如圖4 所示。

圖4 調(diào)整前反應(yīng)器出口NOx 分布圖

3 . 4 調(diào)整后脫硝系統(tǒng)運(yùn)行狀況

在穩(wěn)定 6 0 0 M W負(fù)荷工況下，調(diào)整脫硝入口 N O x小于3 5 0 m g / m3，A、B側(cè)反應(yīng)器脫硝效率為8 8 . 9 5 %、8 7 . 9 7 %，兩側(cè)出口N O x 濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差為1 2 . 6 6 %、1 2 . 9 0 %，氨逃逸濃度最大為1 . 2 8 p p m、1 . 2 5 p p m，兩側(cè)噴氨量約1 2 0 k g / h、1 4 0 k g / h，稀釋風(fēng)量約4 6 1 0和5 4 5 0 m3/ h，出口N O x 濃度約4 5 m g / m3。

4 結(jié)論

根據(jù)最終的檢測(cè)結(jié)果，脫硝反應(yīng)器A、B側(cè)出口N O x濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差已經(jīng)分別下降至1 2 . 6 6 %和1 2 . 9 0 %，脫硝效率大于8 5 %，比調(diào)整前高約2 . 0 %，而噴氨量每側(cè)減少約1 0 K g / h，達(dá)到了比較好的效果。目前應(yīng)對(duì)氨逃逸問題和空預(yù)器堵塞的方法越來越多，但從安全和經(jīng)濟(jì)的角度來講，通過噴氨優(yōu)化的方式來解決仍然是有效和直接的。

SCR deNOx ammonia injection of supercritical boiler optimization

In recent years, with increasingly strict environmental requirements, SCR deNOx installations become essential equipment for thermal power generating units. SCR denitrification facility has the advantage of running reliability and high efficiency, but if adjusted properly, it is easy to cause blockage of air preheater, affect the economy of boiler, even stopping treatment. This paper mainly introduces the adjustment and optimization of SCR denitrification facility in operation to ensure the safe and stable operation of the unit.

SCR denitrification; ammonia spray adjustment; ammonia escape; air preheater blocking

TK22;X5

A

1008-1151(2016)10-0034-03

2016-09-09

張燕強(qiáng)，茂名臻能熱電有限公司高級(jí)工程師，從事鍋爐技術(shù)工作。