燃煤電站SCR系統(tǒng)AIG噴氨調(diào)整優(yōu)化效果分析

包文運(yùn) 劉國富 沈德魁

摘 要：近年來國家頒布了更加嚴(yán)苛的大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)，對此SCR技術(shù)已成為主流的煙氣脫硝技術(shù)，然而SCR系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中容易產(chǎn)生較大的氨逃逸，從而導(dǎo)致一系列的運(yùn)行問題。本文從SCR系統(tǒng)的機(jī)理出發(fā)，提出了通過噴氨優(yōu)化調(diào)整降低系統(tǒng)氨逃逸的運(yùn)行調(diào)整方式，投運(yùn)效果良好。

關(guān)鍵詞：脫硝系統(tǒng) 氨逃逸 噴氨優(yōu)化

中圖分類號：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（b）-0053-02

《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》等嚴(yán)苛的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后[1，2]，實(shí)現(xiàn)燃煤電站的超低排放達(dá)標(biāo)已提上議程，目前，SCR煙氣脫硝技術(shù)已經(jīng)成為燃煤鍋爐滿足國家NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的主流選擇，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實(shí)際情況可知，在運(yùn)行過程中存在噴氨過量現(xiàn)象，由此帶來的一系列的運(yùn)行問題。

1 氨逃逸的成因與危害

選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)[3]通過向煙道中噴射還原劑（氨氣、尿素等），在處于合適煙溫區(qū)間的催化劑作用下將煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為無害的氮?dú)夂退?，SCR系統(tǒng)該所采用的還原劑液氨經(jīng)過氣化、空氣稀釋后通過噴氨格柵（AIG）噴入煙道內(nèi)，與煙氣中的氮氧化物混合后流經(jīng)催化劑，在流經(jīng)末層催化劑后會(huì)存在一部分未參加脫硝反應(yīng)的氨，將其稱為逃逸氨，其危害較大。

同時(shí)脫硝催化劑具有較強(qiáng)的氧化性，容易將煙氣中的SO2部分轉(zhuǎn)化成SO3，尤其是在超低排放改造完成后，由此氧化得到的SO3量顯著增加。這部分SO3與逃逸氨容易發(fā)生式（1）中的化學(xué)反應(yīng)，引起酸腐蝕和酸沉積堵灰程度增加

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4/（NH4）2SO4 （1）

NH4HSO4沉積溫度150℃～230℃，粘度較大，加劇對空氣預(yù)熱器換熱元件的堵塞和腐蝕過量的氨逃逸產(chǎn)生硫酸氫氨，一定會(huì)在空預(yù)器的傳熱元件上凝結(jié)，形成積鹽并結(jié)灰垢，影響正常運(yùn)行和使用壽命。因此，在SO3氧化生成量一定的前提下，減少SCR系統(tǒng)的氨逃逸具有重要的積極意義。

脫硝控制系統(tǒng)運(yùn)行品質(zhì)不佳（如NOx濃度波動(dòng)大），極易造成NOx超標(biāo)排放，電廠為避免考核，只能降低NOx的平均濃度運(yùn)行，此時(shí)不得不長期大量向鍋爐噴射氨氣，NH3將長期維持高耗用量，電廠的運(yùn)行成本也將長期偏高。

2 AIG噴氨調(diào)整優(yōu)化效果分析

研究表明，煙氣氨氮混合當(dāng)量比不匹配導(dǎo)致脫硝效率下降，進(jìn)而導(dǎo)致氨逃逸升高，從而產(chǎn)生逃逸氨與SO3生成粘性硫酸氫氨的情況，最終造成下游設(shè)備積灰受損，鍋爐熱效率下降等一系列運(yùn)行問題。因此提升煙氣中的氨氮混合當(dāng)量比對于提升機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。在現(xiàn)場運(yùn)行中，煙氣中的氮氧化物與前端爐側(cè)的組織燃燒、SNCR組織、煙道結(jié)構(gòu)、機(jī)組負(fù)荷、流場分布等均存在密切聯(lián)系，很難對入口NOx濃度的分布特性進(jìn)行人為干預(yù)，因此，要保證良好的氨氮混合當(dāng)量比，可以從AIG噴氨優(yōu)化調(diào)整角度出發(fā)。通過對噴氨格柵AIG支管的調(diào)整，保證系統(tǒng)內(nèi)良好的氨氮混合當(dāng)量比。

本文依托某660MW燃煤機(jī)組進(jìn)行AIG噴氨優(yōu)化調(diào)整及其效果分析，獲取了AIG前截面的流場分布特性如圖1所示?？梢钥闯?，該工況下AIG前的流場分布均勻性較差，煙道漸擴(kuò)段尾部（云圖左側(cè)低速區(qū)）出現(xiàn)較大范圍的漩渦與回流，非常有必要對相應(yīng)位置的閥門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

對象機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)噴氨系統(tǒng)由42個(gè)手動(dòng)蝶閥等部件協(xié)同控制噴氨量，單個(gè)噴氨手動(dòng)蝶閥共有10個(gè)卡位，可實(shí)現(xiàn)閥門開度間隔為10%的精確流量控制。對此，根據(jù)AIG截面內(nèi)的流場分布特性及各支管閥門的權(quán)重特性進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整。

噴氨閥度調(diào)試完成后，綜合集控室運(yùn)行瞬時(shí)參數(shù)與Testo350實(shí)測參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)：相對于調(diào)試前，在噴氨量一定的前提下，脫硝效率可提升約4%，在脫硝效率一定時(shí)，氨流量減少約5m3/h（出口NOx排放水平滿足超低排放要求），由此推算系統(tǒng)氨逃逸量得到了有效降低。

3 結(jié)論與建議

（1）逃逸氨容易與煙氣中的SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨，進(jìn)而導(dǎo)致SCR下游設(shè)備積灰腐蝕等運(yùn)行問題。

（2）結(jié)合噴氨格柵AIG截面的流場分布特性，通過AIG噴氨優(yōu)化調(diào)整，可以保證系統(tǒng)內(nèi)良好的氨氮混合當(dāng)量比，從而間接減少了系統(tǒng)的氨逃逸，有助于實(shí)現(xiàn)超低排放改造后機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（3）建議業(yè)內(nèi)機(jī)組定期進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整，或采取更加先進(jìn)的AIG“精細(xì)”噴氨優(yōu)化調(diào)控策略。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱法華.燃煤電廠煙氣污染物超低排放技術(shù)路線的選擇[J].中國電力，2017，50（3）：11-16.

[2] 徐天平，王永忠.燃煤工業(yè)鍋爐污染物協(xié)同治理與超低排放技術(shù)研究[J].環(huán)境工程，2017，35（9）：71-73.

[3] 趙宇明.基于煙氣流場均勻性診斷的SCR系統(tǒng)噴氨優(yōu)化研究[J].化學(xué)工程與裝備，2017（7）：302-304.