火電廠SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整

何陸燦，葛 銘，陳國慶，戴維葆

（國電南京電力試驗(yàn)研究有限公司，江蘇 南京 210023）

選擇性催化還原（SCR）技術(shù)以其脫硝率高、結(jié)構(gòu)簡單以及二次污染低等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外燃煤電廠中得到廣泛應(yīng)用[1-4]。但是，由于脫硝系統(tǒng)基建完成后或者長時(shí)間噴氨格柵手動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥未能進(jìn)行有效調(diào)整和噴氨格柵部分堵塞等原因，出現(xiàn)了脫硝反應(yīng)器內(nèi)局部氨氮摩爾比不合格，導(dǎo)致脫硝出口NOx質(zhì)量濃度分布均勻性較差、局部氨逃逸體積比大等問題，直接影響脫硝裝置安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及NOx達(dá)標(biāo)排放，有的甚至?xí)霈F(xiàn)硫酸氫銨堵塞空氣預(yù)熱器等嚴(yán)重后果[5-9]。因此，需進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整以緩解上述問題。本文基于某旋流燃燒鍋爐的實(shí)例，詳細(xì)介紹了火電廠SCR 脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整過程，以期有效提高脫硝出口氮氧化物均勻性，降低氨逃逸體積比。

1 研究對象及調(diào)整過程

1.1 研究對象

某電廠鍋爐為東方鍋爐廠股份有限公司生產(chǎn)的超超臨界660 MW 機(jī)組鍋爐，采用П型爐、單爐膛、對沖燃燒、煙氣調(diào)節(jié)擋板調(diào)溫方式。該鍋爐配套的SCR 脫硝系統(tǒng)是由北京國電龍?jiān)喘h(huán)保工程有限公司設(shè)計(jì)安裝。脫硝裝置位于省煤器與空氣預(yù)熱器之間，氨與稀釋風(fēng)混合后經(jīng)噴氨格柵進(jìn)入SCR 煙道，噴氨格柵設(shè)計(jì)為渦流靜態(tài)混合式噴氨格柵?？赏ㄟ^手動(dòng)蝶閥分區(qū)控制煙道截面寬度方向上的噴射流量。

目前，該廠脫硝反應(yīng)器出口與煙囪出口NOx在線儀表值偏差較大。

1.2 調(diào)整過程

現(xiàn)場噴氨優(yōu)化調(diào)整分為三大步驟：摸底診斷、優(yōu)化調(diào)整、效果驗(yàn)證。摸底診斷是在穩(wěn)定負(fù)荷下測量脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布、NH3體積比分布，對脫硝系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面診斷、分析，提出存在的問題及調(diào)整的技術(shù)方案。優(yōu)化調(diào)整是根據(jù)摸底診斷測得的脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度和NH3逃逸體積比的分布值，對脫硝反應(yīng)器進(jìn)口噴氨總量以及多只噴氨手動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥開度進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過多次測量并調(diào)整，最大限度提高脫硝反應(yīng)器 出口NOx質(zhì)量濃度和NH3逃逸體積比分布的均勻性[10-17]。效果驗(yàn)證是經(jīng)噴氨優(yōu)化調(diào)整后，測量脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布，驗(yàn)證其他負(fù)荷下優(yōu)化調(diào)整的結(jié)果，并在必要時(shí)根據(jù)結(jié)果對噴氨手動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥進(jìn)一步微調(diào)?；痣姀SSCR 脫硝噴氨系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整流程如圖1所示。

2 調(diào)整過程分析

2.1 摸底診斷

優(yōu)化調(diào)整前，煙囪出口NOx質(zhì)量濃度控制在25 mg/m3左右。

在660、495、330 MW 負(fù)荷下，采用網(wǎng)格法[18]測量了脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布。A、B兩側(cè)各有12 個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)測孔沿深度方向，由外向內(nèi)依次布置4 個(gè)測點(diǎn)，測量不同深度位置NOx質(zhì)量濃度值。

不同負(fù)荷下，脫硝反應(yīng)器兩側(cè)出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度見表1。由表1可以看出，不同負(fù)荷下，脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度基本相當(dāng)。不同負(fù)荷下，脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布如圖2所示。

圖1 噴氨優(yōu)化調(diào)整流程Fig.1 Flow chart of the ammonia injection optimization adjustment

表1 脫硝反應(yīng)器兩側(cè)出口NOx 質(zhì)量濃度分布不均勻度Tab.1 The unevenness of distribution of NOx mass concentration at outlet of both side of the denitrification reactor

圖2 調(diào)整前不同負(fù)荷下反應(yīng)器出口NOx 質(zhì)量濃度分布Fig.2 The distribution of NOx mass concentration at outlet of the reactor at different loads before the adjustment

由圖2可以看出，對于該種爐型，不同負(fù)荷下脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度沿?zé)煹缹挾确较蚍植即嬖谥恢滦?。這是因?yàn)榍昂髩_爐型在不同負(fù)荷下，磨煤機(jī)等運(yùn)行方式的改變對脫硝沿?zé)煹缹挾确较驘煔饬鲌龇植?、NOx質(zhì)量濃度分布的影響較小，使得不同負(fù)荷下脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度場沿?zé)煹缹挾确较蚍植稼厔葑兓^小。

2.2 優(yōu)化調(diào)整

從摸底診斷結(jié)果可以看出，NOx質(zhì)量濃度高低點(diǎn)區(qū)域沿?zé)煹缹挾确较虻奈恢么笾孪嗤?。因此，通過調(diào)節(jié)對應(yīng)區(qū)域噴氨手動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥的開度，可實(shí)現(xiàn)適應(yīng)不同負(fù)荷要求的噴氨策略。具體做法如下：在穩(wěn)定負(fù)荷下，將脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度值調(diào)整至保證值（或?qū)⒚撓跣收{(diào)整至設(shè)計(jì)值）；根據(jù)脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布特征，增大高NOx質(zhì)量濃度區(qū)對應(yīng)的噴氨手動(dòng)蝶閥開度，同時(shí)減小低NOx質(zhì)量濃度區(qū)域?qū)?yīng)的噴氨手動(dòng)蝶閥開度，以達(dá)到“削峰填谷”的目的[8]。即對多只噴氨手動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。經(jīng)過多次測量并調(diào)整，最大限度提高脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布的均勻性，最終得到脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布均勻的噴氨手動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥開度。

根據(jù)摸底診斷結(jié)果，比較脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布可知：A 側(cè)反應(yīng)器出口4 號(hào)—5 號(hào)測點(diǎn)區(qū)域和B 側(cè)反應(yīng)器出口1 號(hào)及7 號(hào)—9 號(hào)測點(diǎn)區(qū)域NOx質(zhì)量濃度高；A 側(cè)反應(yīng)器出口1 號(hào)—2 號(hào)測點(diǎn)及11 號(hào)—12 號(hào)測點(diǎn)區(qū)域，B 側(cè)反應(yīng)器出口2 號(hào)—5 號(hào)測點(diǎn)及10 號(hào)—12 號(hào)測點(diǎn)區(qū)域NOx質(zhì)量濃度低?；贜Ox質(zhì)量濃度的分布特點(diǎn)，在調(diào)試過程中應(yīng)增大A 側(cè)反應(yīng)器4 號(hào)—5 號(hào)測點(diǎn)區(qū)域和B 側(cè)反應(yīng)器1 號(hào)及7 號(hào)—9 號(hào)測點(diǎn)區(qū)域?qū)?yīng)的噴氨手動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥開度；關(guān)小A 側(cè)反應(yīng)器1 號(hào)—2 號(hào)測點(diǎn)及11號(hào)—12 號(hào)測點(diǎn)區(qū)域和B 側(cè)反應(yīng)器2 號(hào)—5 號(hào)測點(diǎn)及10 號(hào)—12 號(hào)測點(diǎn)區(qū)域?qū)?yīng)的噴氨手動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥開度，調(diào)整前后噴氨手動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥開度見表2。

表2 調(diào)整前后噴氨手動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥開度Tab.2 The opening degree of manual butterfly valve of ammonia injection before and after the adjustment (°)

優(yōu)化調(diào)整在495 MW 負(fù)荷下進(jìn)行，煙囪出口NOx質(zhì)量濃度控制在25 mg/m3左右，調(diào)整效果如下。

2.2.1 脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度

優(yōu)化調(diào)整后，495 MW 負(fù)荷下脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布如圖3所示。由圖3可見，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布均勻性有所改善。

圖3 調(diào)整后495 MW 負(fù)荷下脫硝反應(yīng)器出口NOx 質(zhì)量濃度分布Fig.3 The distribution of NOx mass concentration at outlet of the denitration reactor at 495 MW load after adjustment

2.2.2 脫硝反應(yīng)器出口NH3逃逸體積比變化

495 MW 負(fù)荷下調(diào)整前后脫硝反應(yīng)器出口NH3逃逸體積比分布曲線如圖4所示。

圖4 495 MW 同負(fù)荷下調(diào)整前后脫硝反應(yīng)器出口NH3 逃逸體積比分布Fig.4 The distribution of NH3 escape volume ratio at outlet of the denitration reactor at 495 MW load before and after the adjustment

由圖4可以看出：調(diào)整前脫硝反應(yīng)器出口NH3逃逸體積比分布不均，局部過大，兩側(cè)最大值均超過3 μL/L；優(yōu)化調(diào)整后，脫硝反應(yīng)器兩側(cè)出口NH3逃逸體積比最大值由3.01、3.12 μL/L 下降至1.99、1.93 μL/L，平均值由調(diào)整前的1.93、2.09 μL/L 下降至1.31、1.44 μL/L。可見，局部氨逃逸過大狀況得到明顯改善，且氨逃逸體積比分布曲線趨于平緩。這主要是因?yàn)榻?jīng)過噴氨優(yōu)化調(diào)整，脫硝出口NOx質(zhì)量濃度分布均勻性好，低NOx質(zhì)量濃度區(qū)域的噴氨量減小，該處之前不合理的氨氮摩爾比狀況得到改善。

2.2.3 優(yōu)化調(diào)整前后NOx在線儀表值偏差變化

該機(jī)組在優(yōu)化調(diào)整前脫硝反應(yīng)器兩側(cè)出口與煙囪出口NOx在線儀表值偏差較大。噴氨優(yōu)化調(diào)整后，該現(xiàn)象得到明顯緩解。調(diào)整前后脫硝反應(yīng)器兩側(cè)出口NOx質(zhì)量濃度值與煙囪出口NOx質(zhì)量濃度值曲線如圖5所示。

圖5 調(diào)整前后脫硝反應(yīng)器出口與煙囪出口NOx 質(zhì)量濃度值曲線Fig.5 The NOx mass concentrations at outlet of the denitration reactor and chimney before and after the adjustment

由圖5可以看出：噴氨優(yōu)化調(diào)整前，A 側(cè)、B 側(cè)反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表均值為53.68、54.24 mg/m3，煙囪出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表均值為25.25 mg/m3；噴氨優(yōu)化調(diào)整后，A 側(cè)、B 側(cè)反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表均值為28.35、28.57 mg/m3，煙囪出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表均值為23.21 mg/m3。脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表值與煙囪出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表值偏差明顯減小，有利于提高噴氨控制系統(tǒng)的自動(dòng)投入率。

分析認(rèn)為：噴氨優(yōu)化調(diào)整前，脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表取樣點(diǎn)位置正好處于高NOx質(zhì)量濃度區(qū)域，因此取樣點(diǎn)抽取的煙氣代表性較差，脫硝出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表值較煙囪出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表值高；噴氨優(yōu)化調(diào)整后，脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布較調(diào)整前均勻性好，脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表取樣點(diǎn)抽取的煙氣更具有代表性，因此脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表值與煙囪出口NOx質(zhì)量濃度在線儀表值偏差減小。

2.3 效果驗(yàn)證

經(jīng)過一系列調(diào)整，在機(jī)組660 MW 和330 MW負(fù)荷下，對噴氨效果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明：煙囪出口NOx質(zhì)量濃度控制在25 mg/m3左右；660 MW 負(fù)荷下，脫硝反應(yīng)器兩側(cè)出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度分別為32.5%和36%；330 MW 負(fù)荷下，脫硝反應(yīng)器兩側(cè)出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度分別為34%和32.1%，均與495 MW 負(fù)荷下脫硝反應(yīng)器出口NOx分布不均勻度基本相當(dāng)。

3 結(jié) 論

本文基于實(shí)例詳細(xì)介紹了火電廠SCR 脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整過程，分為摸底診斷、優(yōu)化調(diào)整、效果驗(yàn)證三大步驟。噴氨優(yōu)化調(diào)整效果顯著。

1）摸底診斷發(fā)現(xiàn)，不同負(fù)荷下脫硝反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度沿?zé)煹缹挾确较蚍植即嬖谝恢滦?。?yōu)化調(diào)整前，煙囪出口NOx質(zhì)量濃度控制在25 mg/m3左右。不同負(fù)荷下，脫硝兩側(cè)出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度分別在60%、90%左右。

2）優(yōu)化調(diào)整后，495 MW 負(fù)荷下，煙囪出口NOx質(zhì)量濃度值控制在25 mg/m3左右，脫硝反應(yīng)器兩側(cè)出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度分別由57.6%、90.2%下降至33.8%、35.6%；兩側(cè)氨逃逸體積比由1.93、2.09 μL/L 下降至1.31、1.44 μL/L，脫硝反應(yīng)器出口與煙囪出口NOx在線儀表值偏差降至10 mg/m3以內(nèi)。

3）在機(jī)組660 MW 和330 MW 負(fù)荷下，對噴氨效果進(jìn)行驗(yàn)證。脫硝出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度均與495 MW 負(fù)荷下脫硝反應(yīng)器出口NOx分布不均勻度基本相當(dāng)。