大型燃煤機(jī)組SCR系統(tǒng)精益化調(diào)試技術(shù)研究

蔡勇 胡喬良

摘要：以某1000MW燃煤機(jī)組煙氣脫硝工程為例，介紹了該工程在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，提出了噴氨系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)方案。通過該方案對噴氨格柵局部供氨量進(jìn)行調(diào)整后，在反應(yīng)器出口建立了均勻、穩(wěn)定的NOx分布，在滿足脫硝效率的同時(shí)，保持了較小的氨逃逸率，該調(diào)整方法可為同類機(jī)組噴氨系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整提供參考。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硝;優(yōu)化調(diào)整;噴氨格柵;脫硝效率;氨逃逸率

引言

在眾多的脫硝技術(shù)措施中，煙氣脫硝處理技術(shù)是目前滿足火電廠環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的最終手段，煙氣脫硝技術(shù)主要有選擇性催化還原法（SCR）和選擇性非催化還原法（SNCR）兩種，其中，選擇性催化還原法與其他技術(shù)相比，沒有副產(chǎn)物，不形成二次污染，裝置簡單，技術(shù)成熟，脫硝效率高，運(yùn)行可靠，便于維護(hù)，是工程上應(yīng)用最多的煙氣脫硝技術(shù)。本文以某1000MW機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)為試驗(yàn)對象，總結(jié)了脫硝精益化調(diào)整試驗(yàn)方法，優(yōu)化調(diào)整結(jié)果表明，該方法可以在滿足脫硝效率的同時(shí)，提高噴氨的均勻性，降低氨逃逸率。

1 SCR脫硝技術(shù)原理

機(jī)組脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝工藝，采用尿素?zé)峤庵瓢敝苽涿撓踹€原劑。SCR反應(yīng)器采用高塵布置方式，布置在鍋爐省煤器與空預(yù)器之間，不設(shè)置煙氣旁路和省煤器高溫旁路，催化劑采用蜂窩式，其大致的反應(yīng)示意圖如圖1所示，反應(yīng)主要由以下過程組成：（1）NH3通過氣相擴(kuò)散到催化劑表面;（2）NH3由外表面向催化劑孔內(nèi)擴(kuò)散;（3）NH3吸附在活性中心上;（4）NOx從氣相擴(kuò)散到吸附態(tài)NH3表面;（5）NH3 與NOx反應(yīng)生成N2和水;（6）N2和H2O通過微孔擴(kuò)散到催化劑表面;（7）N2和H2O擴(kuò)散到氣相主體。

2 SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀及分析

2.1 脫硝系統(tǒng)存在的問題

燃煤機(jī)組配套建設(shè)脫硫脫硝裝置，機(jī)組試運(yùn)行以來存在著氨逃逸量經(jīng)常超標(biāo)、且SCR出口的NOx濃度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與煙囪上NOx濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)相差較大的問題，本文選取了高、中、低三個(gè)負(fù)荷工況下A、B側(cè)反應(yīng)器入口NOx濃度均相同時(shí)，反應(yīng)器出口NOx 濃度均值與煙囪NOx 濃度數(shù)據(jù)比對，同時(shí)用硫酸吸收法測量了其氨逃逸情況，結(jié)果見表2所示。

2.2 NOx濃度場測試

針對機(jī)組脫硝系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，對SCR系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的NOx濃度場測試，系統(tǒng)在每個(gè)反應(yīng)器出口的測試平臺(tái)上共設(shè)置了5個(gè)測試孔，每個(gè)測試孔共有7個(gè)不同深度的取樣管，故每個(gè)反應(yīng)器截面共有35個(gè)測點(diǎn)。

試驗(yàn)選取在鍋爐BMCR工況下進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

2.3 濃度場測試結(jié)果分析

對反應(yīng)器出口NOx濃度場測試結(jié)果進(jìn)行分析，可以看出，反應(yīng)器出口截面上的NOx濃度分布并不均勻，煙道中心區(qū)域濃度較高，而煙道邊沿區(qū)域的濃度較低。在運(yùn)行中若按照各個(gè)區(qū)域噴氨量相等的辦法來進(jìn)行噴氨，則必然導(dǎo)致反應(yīng)器邊沿區(qū)域的NH3/NOx摩爾比相對較高，這些區(qū)域由于NOx濃度較低，脫硝效率雖然較高，但隨著時(shí)間的延長，催化劑活性的降低，也容易在這些區(qū)域?qū)е螺^大的氨逃逸率，氨逃逸率較低時(shí)對系統(tǒng)運(yùn)行不會(huì)有明顯影響。當(dāng)逃逸率較高時(shí)，NH3會(huì)與煙氣中的SO3發(fā)生反應(yīng)生成具有腐蝕性的NH3HSO4，在150～230℃的溫度下，粘結(jié)在脫硝下游空預(yù)器的冷端，造成空預(yù)期積灰堵塞，阻力增大，長時(shí)間運(yùn)行后對引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)將造成較大的影響。

3 SCR脫硝系統(tǒng)精益化調(diào)整

3.1 優(yōu)化調(diào)整的方法

進(jìn)行脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，其目的是為了合理控制脫硝副反應(yīng)發(fā)生的程度，在保證脫硝效率的同時(shí)使氨逃逸率達(dá)到最小。由于反應(yīng)器入口煙道內(nèi)煙氣分布的均勻性主要通過反應(yīng)器入口煙道的導(dǎo)流板實(shí)現(xiàn)，噴氨格柵的均勻性需要通過調(diào)整每一路供氨支管上的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度來實(shí)現(xiàn)，而導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)和安裝都已固定，無法調(diào)整，優(yōu)化試驗(yàn)只能根據(jù)NOx的濃度場分布情況調(diào)整供氨閥的開度大小來進(jìn)行，最終在反應(yīng)器出口建立一個(gè)均勻穩(wěn)定的NOx分布。

噴氨格柵的優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)選擇在100%鍋爐負(fù)荷，NH3/NOx摩爾比在設(shè)計(jì)值的運(yùn)行條件下進(jìn)行，經(jīng)測試脫硝系統(tǒng)煙道中心部分的各點(diǎn)NOx濃度均勻性基本一致，煙道邊沿的NOx濃度較低。為此，在噴氨格柵調(diào)整試驗(yàn)中，首先使各路噴氨格柵閥門開度大小一致，然后再根據(jù)NOx分布情況，逐漸調(diào)整各區(qū)域的格柵閥門的大小，重點(diǎn)是適當(dāng)關(guān)小煙道邊沿區(qū)域?qū)?yīng)的噴氨支路閥門。

要保證各供氨支路的供氨流量大小一致，調(diào)節(jié)手動(dòng)閥門的開度難度較大。在現(xiàn)場試驗(yàn)中我們采取了“等壓降”法使各路噴氨支路閥門開度相等。具體方法為：在關(guān)閉供氨總閥的情況下，先保證去A、B反應(yīng)器的稀釋風(fēng)流量相等，再記錄此時(shí)的氨空混合器壓力P1，然后關(guān)閉各支路供氨手動(dòng)閥，記錄此時(shí)的氨空混合器壓力P2，噴氨支路的手動(dòng)閥門總數(shù)為n，則各路閥門的壓降為：

求出各噴氨支路的壓降△p后，以此為依據(jù)逐個(gè)開啟供氨支路閥門到合適位置，使得開啟該閥門過程中稀釋風(fēng)的壓降為△p。

3.2優(yōu)化調(diào)整的結(jié)果及分析

通過三輪循環(huán)調(diào)整，我們得到了脫硝反應(yīng)器出口較均勻的NOx分布，對鍋爐BMCR工況下，A/B反應(yīng)器出口共10個(gè)測孔的氨逃逸進(jìn)行了測試，圖2為各測孔平均氨逃逸率試驗(yàn)結(jié)果。可以看出雖然各測孔平均氨逃逸率仍然有波動(dòng)，但是相比優(yōu)化調(diào)整前，逃逸率已大為減少。

4 結(jié)語

（1）我國環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)行后，越來越多的火電廠將要采取煙氣脫硝措施，而選擇性催化還原（SCR）法由于其技術(shù)成熟，脫硝效率高無疑將成為各電廠脫硝的首選技術(shù)。

（2）在SCR脫硝技術(shù)中，噴氨系統(tǒng)調(diào)試是脫硝系統(tǒng)調(diào)試最為關(guān)鍵和重要的部分。由于新裝脫硝系統(tǒng)催化劑活性較好，即使噴氨不作優(yōu)化調(diào)整，問題也并不明顯，時(shí)間一長，催化劑活性下降后必然導(dǎo)致氨逃逸率上升，對脫硝下游空預(yù)器產(chǎn)生積灰堵塞的嚴(yán)重影響。工程建設(shè)中需特別注意對噴氨格柵的精細(xì)化調(diào)整，本文的格柵優(yōu)化調(diào)整方法可為同類機(jī)組的優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁川， 沈越. 1000MW機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行[J]. 中國電力， 2012， 45（1）： 41-43.