330 MW 機(jī)組燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗研究

趙永國，李軍民，馬洪濤

（國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

隨著火電廠最新大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布及煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃的實(shí)施，燃煤電廠必須嚴(yán)格控制煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放的質(zhì)量濃度分別不高于10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3[1-4]。因此，煙氣脫硝技術(shù)被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠，而選擇性催化還原法SCR（selective catalytic reduction） 在國內(nèi)燃煤電廠應(yīng)用中最為普遍，具有脫硝效率高、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)[5-6]。然而，脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中，由于噴氨量和各噴氨閥門開度不均，會引起脫硝系統(tǒng)局部氨逃逸增加，逃逸的氨氣在空預(yù)器中會生成黏性的硫酸氫氨[7]，引起系統(tǒng)阻力增加，引風(fēng)機(jī)出力受限，影響機(jī)組帶負(fù)荷，甚至還會引起引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)，造成設(shè)備受損事故的發(fā)生[8-9]。

本文擬采取噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗，即通過手動調(diào)整SCR 裝置入口每根噴氨支管的噴氨量，調(diào)整脫硝系統(tǒng)的氨分布，使出口NOx和NH3分布更均勻，降低氨逃逸量，提高脫硝效率，這對機(jī)組的節(jié)能、安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 設(shè)備概況

1.1 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)概況

國家能源菏澤發(fā)電有限公司三期工程為2×330 MW 燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐為東方鍋爐廠有限公司制造的DG1025/18.2-Ⅱ4 型鍋爐，為亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包爐，單爐膛Ⅱ型露天布置，燃用煙煤，一次再熱，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)，爐頂帶金屬防雨罩。設(shè)計燃料用巨野礦區(qū)煙煤。鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 025 t/h，額定蒸發(fā)量為904.4 t/h。

國家能源菏澤發(fā)電有限公司工程配套脫硝由北京國電龍源環(huán)保工程有限公司總承包，其脫硝裝置配置情況如下：脫硝工藝采用選擇性催化還原脫硝（SCR） 工藝；脫硝層數(shù)按“2+1”設(shè)置；采用高灰段布置方式，即SCR 反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間；不設(shè)置SCR 反應(yīng)器煙氣旁路和省煤器高溫旁路系統(tǒng)；反應(yīng)器安裝飛灰吹掃裝置，采用聲波吹灰器；煙氣脫硝系統(tǒng)的還原劑制備采用液氨法方案。在設(shè)計煤種及校核煤種、鍋爐最大連續(xù)出力工況、處理100%煙氣量條件下脫硝效率不小于80%；NH3逃逸量應(yīng)控制在2.5×10-6以下，SO2向SO3的氧化率小于1%。

1.2 存在的問題及原因分析

2017 年3 月26 日國家能源菏澤發(fā)電有限公司6 號爐停爐后，對空預(yù)器冷端和噴氨渦流板進(jìn)行檢查，進(jìn)一步分析噴氨優(yōu)化煙道深度方向不均的原因和空預(yù)器堵塞及低溫腐蝕的情況。檢查發(fā)現(xiàn)，渦流板表面積灰嚴(yán)重，部分噴氨管已經(jīng)被積灰堵塞，影響噴氨量和噴氨效果。空預(yù)器冷端蓄熱元件因頻繁吹灰已變形，部分已損壞?，F(xiàn)場檢查熱端蓄熱元件吹損更加嚴(yán)重，A 側(cè)最外層和B 側(cè)第二層大部分蓄熱元件需要更換。

通過查閱6 號爐近期燃煤情況，燃用的是煙煤，排除了高硫高水分煤種造成空預(yù)器堵塞和渦流板積灰的可能，分析認(rèn)為空預(yù)器堵塞和渦流板積灰是由噴氨不均造成的。因此，本文設(shè)計試驗測量噴氨優(yōu)化調(diào)整前后NOx和NH3濃度分布情況，通過噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗，手動調(diào)整SCR 裝置入口每根噴氨支管的噴氨量，使出口NOx和NH3分布更均勻，提高SCR 裝置的可用率，從而降低脫硝系統(tǒng)氨逃逸量[10-11]。

2 試驗方法

2.1 參數(shù)測量

為了準(zhǔn)確測量脫硝入口參數(shù)、噴氨后參數(shù)以及氨逃逸量，就必須測量SCR 反應(yīng)器入口、噴氨后以及SCR 反應(yīng)器出口的煙氣溫度、組分及流速。即按等截面多點(diǎn)網(wǎng)格法，在省煤器出口水平煙道上、脫硝出口煙道變徑之后的垂直煙道上以及脫硝反應(yīng)器出口垂直煙道上，分別布置每側(cè)2孔、9 孔、2 孔，每孔3 點(diǎn)的測量點(diǎn)。用FLUK E和K 型熱電偶測量煙氣溫度，用TESTO350 測量煙氣中O2、CO、NOx的濃度，采用微壓計和標(biāo)定的靠背管測量煙氣的流速，用便攜式氨氣分析儀測量噴氨下游氨氣的濃度。

2.2 參數(shù)測量布置

為了準(zhǔn)確掌握脫硝系統(tǒng)的性能，診斷脫硝系統(tǒng)存在的問題，安裝了如圖1所示的測孔。

圖1 脫硝測點(diǎn)布置示意圖

式中：ρ（NOx） 為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、φ（O2） =6%、干煙氣下NOx的質(zhì)量濃度，mg/m3；φ（NO） 為實(shí)測干煙氣中NO 的體積分?jǐn)?shù)，μL/L；φ（O2） 為實(shí)測干煙氣中氧的體積分?jǐn)?shù)，%。

3 脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化試驗

3.1 脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整前試驗

3.1.1 催化劑層間流場測量

5 號爐280 MW+供熱工況下，在第二層與第三層催化劑層間測量煙氣流場分布狀況，進(jìn)而判別催化劑層間的煙氣分布。受反應(yīng)器橫截面尺寸和測試用靠背管長度限制，無法測量催化劑橫截面中心區(qū)域的流速分布，只能測爐后3 m 深和爐前1 m 深的流速情況。

試驗結(jié)果表明：A、B 兩側(cè)催化劑層間煙道內(nèi)的煙氣流速均呈前后流速高、中間流速低且爐后高于爐前的分布特點(diǎn)。A 側(cè)第二層與第三層催化劑層間煙氣流場分布不均勻度為25.5，煙氣流速平均值為2.5 m/s，最高值為4.25 m/s，最低值為1.6 m/s；B 側(cè)第二層與第三層催化劑層間煙氣流場分布不均勻度為27.1，煙氣流速平均值為2.4 m/s，最高值為4.82 m/s，最低值為1.61 m/s。

3.1.2 脫硝出口流場測量

5 號爐280 MW+供熱工況下，在脫硝出口煙道變窄后的豎直煙道管段測量煙氣流速分布。試驗結(jié)果表明：A、B 兩側(cè)脫硝出口煙道內(nèi)流場分布呈現(xiàn)爐后高爐前低、靠兩側(cè)的區(qū)域流速低分布特點(diǎn)。A 側(cè)脫硝出口煙氣流場分布不均勻度為33，煙氣流速平均值為14.6 m/s，最高值為20.4 m/s，最低值為6 m/s；B 側(cè)脫硝出口煙氣流場分布不均勻度為38.4，煙氣流速平均值為11.5 m/s，最高值為16.4 m/s，最低值為4.9 m/s。

3.1.3 脫硝出口NOx濃度測量變量

5 號爐280 MW+供熱工況下，在脫硝出口煙道變窄后的豎直煙道管段測量NOx質(zhì)量濃度分布。試驗結(jié)果表明：A、B 兩側(cè)脫硝出口煙道內(nèi)NOx質(zhì)量濃度分布呈現(xiàn)中間高、兩側(cè)低的的分布特點(diǎn)，NOx分布偏差較大。A 側(cè)脫硝出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度為73.6，NOx質(zhì)量濃度平均值為41.5 mg/m3，最高值為121.2 mg/m3，最低值為18.9 mg/m3；B 側(cè)脫硝出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度為62.6，NOx質(zhì)量濃度平均值為22.2 mg/m3，最高值為56.8 mg/m3，最低值為9.3 mg/m3。

3.1.4 脫硝出口NH3濃度測量

5 號爐280 MW+供熱工況下，在脫硝出口煙道變窄后的豎直煙道管段測量NH3的質(zhì)量濃度分布。試驗結(jié)果表明：A 側(cè)脫硝出口煙道內(nèi)NH3分布呈現(xiàn)內(nèi)側(cè)高外側(cè)低的分布特點(diǎn)，B 側(cè)脫硝出口煙道內(nèi)NH3分布呈現(xiàn)兩側(cè)高中間低、且外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的分布特點(diǎn)。A 側(cè)脫硝出口NH3體積分?jǐn)?shù)分布不均勻度為16.9，NH3的體積分?jǐn)?shù)平均值為1.6×10-6，最高值為2.4×10-6，最低值為1.1×10-6；B 側(cè)脫硝出口NH3體積分?jǐn)?shù)分布不均勻度為31.6，NH3的體積分?jǐn)?shù)平均值為1.3×10-6，最高值為1.7×10-6，最低值為0.5×10-6。

表1 具體的閥門開度

3.2 SCR 噴氨調(diào)整試驗

3.2.1 手動閥門調(diào)整

噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗是通過手動調(diào)整SCR 裝置入口每根噴氨支管的噴氨量，使出口NOx和NH3分布更均勻，提高SCR 裝置的可用率[12-15]。噴氨手動調(diào)閥開度大的噴嘴，噴氨量較大，對應(yīng)裝置出口區(qū)域被催化還原后的NOx質(zhì)量濃度低，氨逃逸質(zhì)量濃度則會較高。噴氨手動調(diào)閥開度小的噴嘴，噴氨量較小，對應(yīng)裝置出口區(qū)域被催化還原后的NOx質(zhì)量濃度則會較高，氨逃逸質(zhì)量濃度則會較低。經(jīng)過多次測試與調(diào)整，確定了SCR 各支管噴氨手動門最佳開度，有效改善了裝置出口NOx質(zhì)量濃度分布均勻性，降低了氨逃逸質(zhì)量濃度。5 號機(jī)組A、B 兩側(cè)各8 個噴氨手動閥門，試驗前后開度情況如表1 所示。通過優(yōu)化試驗，A、B 側(cè)SCR 脫硝系統(tǒng)各噴氨手動門開度有了較大的變化。

3.2.2 調(diào)整后脫硝裝置出口NOx排放濃度及分布

通過噴氨優(yōu)化調(diào)整后，脫硝出口NOx濃度分布均勻性有所改善，但脫硝出口深度方向NOx濃度偏差無法通過噴氨閥進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致脫硝出口NOx分布不均勻度仍偏高。240 MW+供熱工況下，在脫硝出口煙道變窄后的豎直煙道管段測量NOx濃度分布。試驗結(jié)果表明：A、B 兩側(cè)脫硝出口煙道內(nèi)寬度方向NOx濃度分布呈現(xiàn)靠中間高、兩側(cè)低，在煙道深度方向呈現(xiàn)爐前低爐后高的分布特點(diǎn)。A 側(cè)脫硝出口NOx的質(zhì)量濃度分布不均勻度為52.3，NOx質(zhì)量濃度平均值為29 mg/m3，最高值為57.2 mg/m3，最低值為6.7 mg/m3；B 側(cè)脫硝出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻度為45.4，NOx質(zhì)量濃度平均值為26.5 mg/m3，最高值為50 mg/m3，最低值為9 mg/m3。A 側(cè)脫硝出口NH3的體積分?jǐn)?shù)分布不均勻度為16.9，NH3的體積分?jǐn)?shù)平均值為1.4×10-6，最高值為2.3×10-6，最低值為1.1×10-6。B 側(cè)脫硝出口NH3的體積分?jǐn)?shù)分布不均勻度為25.6，NH3的體積分?jǐn)?shù)平均值為1.3 ×10-6，最高值為1.4×10-6，最低值為0.8×10-6。A 側(cè)脫硝出口煙道內(nèi)NH3分布呈現(xiàn)內(nèi)側(cè)高外側(cè)低的分布特點(diǎn)，B側(cè)脫硝出口煙道內(nèi)NH3分布呈現(xiàn)兩側(cè)高中間低、且外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的分布特點(diǎn)。

4 結(jié)論

通過本次噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗，脫硝系統(tǒng)A、B側(cè)脫硝出口NOx分布不均勻度都有所降低，并且A、B 兩側(cè)脫硝出口煙道內(nèi)寬度方向NOx濃度分布呈現(xiàn)中間高、兩側(cè)低，在煙道深度方向呈現(xiàn)爐前低爐后高的分布特點(diǎn)。A、B 側(cè)脫硝出口NH3分布不均勻度有所降低且脫硝出口煙道內(nèi)NH3分布呈現(xiàn)內(nèi)側(cè)高外側(cè)低的分布特點(diǎn)。脫硝系統(tǒng)調(diào)整后，噴氨量和氨逃逸率均得到明顯改善，對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。