電站鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)優(yōu)化調整試驗

付萬兵，毛東學，馬國偉

（1.中國國電集團公司寧夏分公司，寧夏銀川，750002；2.國電電力酒泉發(fā)電有限公司，甘肅酒泉，735001；3.國電科學技術研究院，寧夏銀川，750002）

近年來，伴隨電力工業(yè)的高速發(fā)展，火電廠機組容量及數(shù)量的急劇增長使各種煙氣排放物排放量與日俱增，特別是NOX所產生的污染及其影響越來越引起人們的重視［1］。目前火力發(fā)電機組基本上都是安裝選擇性催化還原法（selective catalytic reduction，SCR）的煙氣脫硝裝置來控制NOX的排放，SCR脫硝系統(tǒng)運行是否良好的重要依據是脫硝效率和氨逃逸率，而SCR脫硝系統(tǒng)出口的NOX濃度和進出口煙氣流場的均勻性是這兩項指標決定性的影響因素［2-3］。

1　研究現(xiàn)狀及需要解決的問題

1.1　研究現(xiàn)狀

某公司2號爐煙氣脫硝裝置采用“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法，在設計煤種、鍋爐最大工況、處理100%煙氣量條件下，脫硝效率不小于85%，脫硝裝置出口NOx濃度不高于90 mg/Nm3（6%氧含量，干煙氣），催化劑層數(shù)按“2＋1”布置。

SCR脫硝系統(tǒng)的主要原理是：氨氣和煙氣中的氮氧化物借助靜力式混合器［4］充分混合，在催化劑的作用下發(fā)生氧化還原反應，將NOX最終轉化為無害的N2和H2O［5-7］，具體的化學方程式為

在上述反應過程中，催化劑是最為關鍵的影響因素，目前電廠大多采用蜂窩式結構的催化劑，而脫硝系統(tǒng)在設計和選型時主要考慮的是脫除效率、煙氣組分、NH3的逃逸率、煙氣流速及催化劑的體積等因素［8-9］，其反應見圖1。

圖1　SCR反應

1.2　問題分析

（1）SCR脫硝系統(tǒng)左右兩側出口NOX濃度的相對偏差較大，分別為27.85%和56.14%，均不滿足相對偏差小于20%的運行要求。

（2）SCR脫硝系統(tǒng)出口局部區(qū)域氨逃逸率較高，其附屬產物硫酸氫銨在液態(tài)下具有較強的粘連性及腐蝕性，粘連空預器蓄熱元件，造成空氣預熱器阻力逐漸升高、蓄熱元件換熱效率下降等問題，影響整個機組的帶負荷能力［10］。

圖2給出了典型的空預器壓損率與氨逃逸量的關系［11］，空預器壓損率是指空預器在運行一段時間后的阻力與空預器開始投運時阻力的比值。

圖2　空氣預熱器壓損與氨逃逸率的關系曲線

當氨逃逸率較高時，由于硫酸氫銨會粘連空預器蓄熱元件，導致空預器的阻力異常升高。因此，通過噴氨優(yōu)化調整試驗?？捎嗅槍π缘乜刂泼撓跸到y(tǒng)的氨逃逸率分布，從而對機組的安全、經濟可靠運行具有重要意義［12］。

表1　脫硝出口氨逃逸測試數(shù)據

從表1可以看出，330 MW負荷下，脫硝出口各孔氨逃逸均超過3 μL/L，說明機組存在氨逃逸率嚴重超標的情況，需要盡快進行優(yōu)化調整試驗，防止氨逃逸過量造成空預器等下游設備的嚴重堵塞，影響機組正常運行［13］。

1.3　需要解決的問題

根據脫硝系統(tǒng)當前的運行現(xiàn)狀，需要從以下幾個問題入手，提高脫硝系統(tǒng)整體的運行性能：

（1）嚴格控制煙氣脫硝系統(tǒng)左右兩側出口NOX濃度的相對偏差在設計值范圍內（不大于20%）。

（2）降低氨逃逸率，不大于規(guī)定的3 μL/L。

（3）提高脫硝系統(tǒng)的效率，延長催化劑的使用壽命，保證脫硝系統(tǒng)運行的安全性和經濟性。

2　脫硝系統(tǒng)優(yōu)化調整試驗

在機組330 MW負荷工況下，對該脫硝系統(tǒng)進、出口的NOx濃度分布進行了測試，測試結果如圖3所示。

圖3　330 MW負荷脫硝系統(tǒng)進、出口NOx濃度分布

從圖3可以看出：SCR進口NOx濃度分布狀況良好，左右兩側NOx平均濃度基本沒有偏差，且單側煙道NOx分布相對比較均勻；SCR出口的NOx濃度分布狀況很差，左右兩側出口NOx平均濃度偏差很大，其中B側是A側的25.8倍，且B側分布偏差較大，需要進行相應調整。

通過調整脫硝反應器入口噴氨格柵的手動蝶閥［14］，使脫銷出口NOX濃度偏高的區(qū)域噴入較多的氨氣，使氨氣和NOX充分混合、反應，在保證氨氣逃逸率在合格范圍的前提下，降低出口的NOX濃度，滿足國家大氣污染物排放標準的要求；脫銷出口NOX濃度偏低的區(qū)域通過關小噴氨格柵的手動蝶閥，控制氨氣逃逸率，同時又節(jié)省了噴氨量，能夠有效緩解空預器的堵塞趨勢，使NOX濃度相對均勻地分布［15-18］。

3　效果評價

（1）優(yōu)化調整后，SCR脫硝系統(tǒng)A、B側出口NOx濃度相對標準偏差分別從27.85%和56.14%降低至19.07%和19.82%，均在20%以內，符合相關標準的規(guī)定。

（2）優(yōu)化調整后，SCR脫硝系統(tǒng)A、B側出口NH3濃度分布相對均勻，出口NH3濃度平均值由4.54 μL/L下降至2.66 μL/L；B側出口NH3濃度平均值由 7.23 μL/L下降至 2.80 μL/L，左右兩側NH3濃度平均值均小于3 μL/L，符合SCR脫硝系統(tǒng)運行要求，最大值及相對偏差均大幅下降。

（3）優(yōu)化調整后，脫硝系統(tǒng)整體的運行效率有所提高，調整前脫硝效率的平均值是81.2%，調整后提高至84.5%。NOX濃度偏差越小，催化劑的相對使用年限也會越長；脫硝系統(tǒng)出口NOX濃度偏差相同的前提下，脫硝效率越高，使用年限越長。按照催化劑正常使用時間24 000 h計算，本次優(yōu)化調整后，可以延長約一年的催化劑更換時間，因此而帶來的的直接、間接費用是150萬元/年［19-20］。

4　結論

（1）SCR脫硝系統(tǒng)左右兩側出口的NOx濃度偏差均控制在20%以內，使催化劑的更換時間相對延長，降低了使用及維護成本，從而獲得了超過150萬元/年的經濟效益。

（2）經過噴氨優(yōu)化調整試驗，脫硝系統(tǒng)左右兩側出口的NH3濃度平均值均小于3 μL/L，氨氣量能夠與煙道內煙氣中NO濃度充分反應，滿足系統(tǒng)運行設計要求的同時，又減少了硫酸氫氨的生成，從而降低了空預器堵塞的風險，使空預器清洗周期相對被延長，保證了機組安全穩(wěn)定運行，降低了運行及檢修成本。

（3）SCR脫硝系統(tǒng)出口NOx及NH3濃度分布的均勻性對SCR脫硝系統(tǒng)的運行起到至關重要的作用，本文對同類型SCR脫硝系統(tǒng)存在的類似問題有一定的參考價值。

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