脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整在火電機組中的應用

申志丹

（山西臨汾熱電有限公司,山西臨汾 041000）

0 引言

脫硝系統(tǒng)運行中，由于噴氨量不均，會引起脫硝系統(tǒng)局部氨逃逸增加，氨氣與煙氣中SO2反應產(chǎn)生硫酸氫銨容易附著在空預器受熱面，造成空預器堵塞，從而使系統(tǒng)阻力增加，引風機出力受限，影響機組帶負荷，嚴重時還會引起引風機搶風，造成設備損壞事故。因此，解決好脫硝系統(tǒng)氨逃逸問題，是解決空預器堵塞的重點。

1 設備情況

山西臨汾熱電有限公司2×300 MW機組鍋爐為東方鍋爐股份有限公司制造，型號為DG1060/17.4-Ⅱ4型。鍋爐為亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包鍋爐，單爐膛∏型布置，燃用煙煤，一次中間再熱，平衡通風、固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，爐頂帶金屬防雨罩。選擇性催化還原技術(shù)SCR(selective catalytic reduction)脫硝裝置是由山東三融科技有限公司生產(chǎn)，催化劑采用兩用一備模式。除塵器采用一電兩袋，由福建龍凈電力環(huán)保設備廠提供；正壓氣力干式除灰系統(tǒng)由鎮(zhèn)江紐普蘭氣力輸送有限公司提供。鍋爐以最大連續(xù)負荷BMCR(boiler maximum continuous rate)為設計參數(shù)，鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 060 t/h；機組電負荷為300 MW(即額定工況)時，鍋爐的額定蒸發(fā)量為1 009 t/h。

1.1 脫硝系統(tǒng)運行中存在的主要問題

目前2臺鍋爐噴氨量差別較大，2號機組存在空預器B側(cè)運行易堵塞、噴氨管道及噴口設計不合理、氨與煙氣混合不均勻等問題。

通過試驗前數(shù)據(jù)分析，鍋爐負荷穩(wěn)定，在SCR反應器的入口煙道截面，利用網(wǎng)格法進行測試各點的流速，SCR入口煙道流場分布見表1。

由表1可以看出，SCR入口煙道A側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域，煙氣平均流速為13.3 m/s，大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.7 m/s；SCR入口煙道B側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣平均流速為13.8 m/s，大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.2 m/s。因此，SCR入口流場分布為：靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣流速大，煙道外側(cè)區(qū)域煙氣流速小。

由表1可以看出，SCR入口煙道A側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣平均流速為13.3 m/s，大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.7 m/s；SCR入口煙道B側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣平均流速為13.8 m/s，大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.2 m/s。因此，SCR入口流場分布為：靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣流速大，煙道外側(cè)區(qū)域煙氣流速小。

表1 SCR入口煙道流場及脫硝裝置出口NOx及NH3逃逸濃度分布

1.2 噴氨量不均對下游設備的影響

由于噴氨量不均，導致氨在脫硝反應器存在局部反應不良，氨逃逸量增加，使過量氨與煙氣中的硫化物反應，生成硫酸氫銨，沉積在下游設備上，使煙道阻力增加，影響機組帶負荷，對設備安全運行帶來較大影響[2]。

SCR反應器出口NOx分布均勻性較差的主要原因是煙道流場分布不均勻，而噴氨格柵AIG（ammonia injection grid） 各閥門開度沒有一定的指導原則，噴氨流量分布不能適應煙氣量分布狀況。為了減少NOx濃度分布偏差，避免局部氨逃逸超標，須對AIG各閥門開度進行優(yōu)化調(diào)整[3]。

機組大修前，空預器差壓嚴重偏離設計值，造成引風機電流偏高，影響機組帶負荷需要，機組檢修過程中，對空預器進行了高壓水沖洗，并對部分損壞換熱原件進行更換后，空預器差壓有了明顯下降，但在運行中氨逃逸造成空預器堵塞問題仍是影響機組長周期安全運行的主要問題。

2 主要原因分析

在機組230 MW工況下，鍋爐蒸發(fā)量為700 t/h左右工況下進行優(yōu)化前的摸底試驗，試驗過程中，在每臺反應器進出口同時測試了NOx濃度，并在反應器出口測試了NH3逃逸濃度，初步評估脫硝裝置的效率和按氨噴射流量分配狀況。詳細測試結(jié)果見表4。

兩側(cè)SCR反應器出口煙道截面上NOx和NH3逃逸濃度分布測試結(jié)果見表2。

表2 試驗工況脫硝裝置出口NOx及NH3逃逸濃度分布

兩側(cè)出口NOx濃度分布均呈現(xiàn)出外側(cè)偏低，內(nèi)側(cè)偏高的狀況。A側(cè)SCR出口NOx最大值為58.5 mg/m3，最小值為6.0 mg/m3，相對標準偏差為51.6%；B側(cè)SCR出口NOx最大值為37.7 mg/m3，最小值為8.9 mg/m3，相對標準偏差為54.13%。SCR反應器出口NOx分布均勻性較差。

同時，氨逃逸濃度試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)A、B兩側(cè)均呈現(xiàn)出NOx濃度低的測孔氨逃逸濃度明顯較高，煙道外側(cè)區(qū)域氨逃逸濃度較高而鍋爐中心線位置則相對較小。A側(cè)最大氨逃逸濃度達到4.50 μL/L，最小為 1.64 μL/L，B側(cè)最大氨逃逸濃度達到5.01 μL/L，最小為 1.93 μL/L。

SCR反應器出口NOx分布均勻性較差的主要原因是煙道流場分布不均勻，而AIG噴氨格柵各閥門開度沒有一定的指導原則，噴氨流量分布不能適應煙氣量分布狀況。為了減少NOx濃度分布偏差，避免局部氨逃逸超標，須對AIG噴氨格柵各閥門開度進行優(yōu)化調(diào)整。

3 噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗

根據(jù)兩側(cè)煙道煙氣流場NOx濃度及氨逃逸情況分布，由于噴氨隔柵流場分布不均問題是造成氨逃逸的大的主要問題，因此必須進行噴氨均勻性調(diào)整試驗。

在鍋爐230 MW，鍋爐蒸發(fā)量為700 t/h工況下，根據(jù)摸底測試測得SCR反應器出口截面NOx濃度和NH3逃逸濃度分布結(jié)果，對反應器入口煙道上AIG噴氨格柵不同支管的手動蝶閥開度進行了調(diào)節(jié)，經(jīng)過反復調(diào)整，兩側(cè)反應器出口截面的NOx分布均勻性有所改善。調(diào)整前后各支管手動蝶閥開度見表3，主要結(jié)果匯總?cè)缫姳?。

表3 優(yōu)化調(diào)整試驗前后AIG噴氨支管手動蝶閥開度對比

表4 噴氨優(yōu)化調(diào)整后SCR反應器出口NOx及NH3逃逸濃度分布

A側(cè)SCR出口NOx最大值為35.0 mg/m3，最小值為13.3 mg/m3，相對標準偏差為32.6%；B側(cè)SCR出口NOx最大值為27.9 mg/m3，最小值為17.3 mg/m3，相對標準偏差為19.3%。SCR反應器兩側(cè)出口NOx分布均勻性得到改善，其中B側(cè)均勻性得到改善，A側(cè)由于經(jīng)各種調(diào)整方法最外側(cè)測點處NOx濃度并無明顯變化，造成A側(cè)出口NOx相對標準偏差仍然較大。

同時，氨逃逸濃度試驗結(jié)果表明，A側(cè)最大氨逃逸濃度達到 3.89 μL/L，最小為 1.55 μL/L，平均為2.38 μL/L；B側(cè)最大氨逃逸濃度達到2.57 μL/L，最小為 2.11 μL/L，平均為 2.34 μL/L?？梢钥闯鼋?jīng)過噴氨優(yōu)化后，A、B反應器出口NOx濃度分布偏差和局部氨逃逸較大的問題有所改善。

4 試驗結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

a） SCR入口速度場測量發(fā)現(xiàn)：SCR入口A、B兩側(cè)靠近鍋爐中心線側(cè)煙氣流速大于煙道外側(cè)，流場分布不均。

b)噴氨優(yōu)化調(diào)整前，鍋爐蒸發(fā)量為700 t/h工況下，A、B反應器入口NOx濃度分布均勻性較好；A、B反應器出口NOx濃度分布相對標準偏差為51.6%、54.13%，NH3逃逸濃度存在顯著的局部超標現(xiàn)象，A、B兩側(cè)最大氨逃逸濃度達到4.5 μL/L、5.01 μL/L。

c)通過噴氨優(yōu)化調(diào)整，SCR反應器出口NOx濃度分布偏差較大和氨逃逸局部超標情況有所改善。鍋爐蒸發(fā)量為700 t/h工況下的驗證工況表明，A、B反應器出口NOx分布相對標準偏差分別為32.6%和19.3%，氨逃逸濃度最大值分別為3.89 μL/L 和 2.57 μL/L。

4.2 改造建議

4.2.1 SCR入口煙道流場優(yōu)化

SCR入口速度場分布不均勻，建議對SCR入口煙道進行流場模擬，對煙道流場進行優(yōu)化改造。

4.2.2 噴氨支管及噴氨格柵改造

由于A側(cè)反應器出口煙道最外側(cè)測孔處NOx濃度偏小，經(jīng)過一系列調(diào)整方法此處NOx濃度并無明顯變化，造成A側(cè)反應器出口NOx濃度相對標準偏差依然較大，但優(yōu)化調(diào)整過后A側(cè)反應器出口NOx濃度總體均勻性有所改善。針對此問題分析主要是入口噴氨不均勻，反應器出口NOx濃度與該區(qū)域AIG噴氨支管手動蝶閥開度并無直接對應關系；且據(jù)了解目前電廠氨/煙氣混合技術(shù)單一采用噴氨格柵，混合調(diào)節(jié)手段單一，噴氨均勻性不好，建議在噴氨格柵上方加裝混流裝置，使氨/煙氣混合更加均勻，改善脫硝出口NOx均勻性差及局部氨逃逸嚴重的問題。

5 結(jié)束語

通過脫硝系統(tǒng)噴氨流場優(yōu)化試驗，可有效控制系統(tǒng)加氨量，防止因加氨量過多，氨逃逸量大引起的空預器等下游設備堵塞，確保主機設備的安全運行；另外，通過噴氨量優(yōu)化，用氨量減少，能有效降低火電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本，為同類型火電機組提供了良好的實踐經(jīng)驗。

[1]張曉梅.燃煤鍋爐機組 [M].北京：中國電力出版社， 2006.

[2]曹志勇,譚誠軍,李建中，等.燃煤鍋爐SCR煙氣脫硝優(yōu)化調(diào)整試驗 [J].中國電力,2011,44（11） :55-58.

[3]西安熱工研究所.火電廠SCR煙氣脫硝技術(shù) [M].北京：中國電力出版社，2002.