SCR脫硝噴氨優(yōu)化與運行控制分析

張碩豐

（國能銅陵發(fā)電有限公司，安徽銅陵 244000）

1.SCR脫硝噴氨優(yōu)化與運行控制的必要性

當(dāng)前我國國內(nèi)火力發(fā)電站相關(guān)發(fā)電鍋爐已經(jīng)完成了SCR脫硝改造，以進(jìn)一步滿足火力發(fā)電過程中NOX的排放濃度需求。但不容忽視的是，在SCR氧氣脫硝裝置運行過程中鍋爐容易出現(xiàn)問題，如脫硝反應(yīng)器存在出口位置NOX濃度增大、存在局部氨氣逃逸的問題，此類問題也同樣會導(dǎo)致超臨界機(jī)組正常運行受到嚴(yán)重影響。因為在發(fā)電鍋爐煙氣脫硝反應(yīng)過程中，煙氣需要經(jīng)過脫硝反應(yīng)器，因此會呈現(xiàn)出層流態(tài)，另一方面出現(xiàn)局部氨逃逸問題也會對火力發(fā)電鍋爐下游的相關(guān)設(shè)備造成嚴(yán)重的影響。因此需要對SCR煙氣脫硝噴氨進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，改善脫硝反應(yīng)器的氧氣濃度，緩解局部氨逃逸過高的問題，通過此種方式能夠進(jìn)一步保證火力發(fā)電廠超臨界機(jī)組的正常作用發(fā)揮，避免出現(xiàn)更為嚴(yán)重的安全風(fēng)險隱患問題[1]。

2.SCR脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整分析

2.1 SCR脫硝裝置

為了進(jìn)一步分析與研討SCR脫硝噴氨的優(yōu)化路徑和調(diào)整對策，本文以某地區(qū)600MW的超臨界機(jī)組SCR脫硝裝置進(jìn)行深入研究，該裝置主要采取高塵型的工藝，催化劑同樣也按照2+1的方式進(jìn)行合理布置。在該機(jī)組SCR脫硝裝置入口處，其設(shè)計NOX的濃度為450mg/m3。為了滿足裝置運行需要，備用層中配置的催化劑在未投入使用運營時，其脫硝效率大于75%。在該脫硝裝置投入運營2000h之后，筆者對該SCR脫硝裝置的運行性能，以及脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整SCR設(shè)備進(jìn)行深入研究與分析。

2.2 SCR脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整

對裝置進(jìn)行SCR脫硝脫氨優(yōu)化調(diào)整，主要在80%、100%以及60%BMCR負(fù)荷的狀態(tài)之下開展。首先在超臨界機(jī)組正常負(fù)荷運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下開展測試，根據(jù)機(jī)組SCR脫硝裝置的設(shè)計參數(shù)，將其工作效率設(shè)定為75%，與此同時針對脫硝反應(yīng)器的進(jìn)口和出口進(jìn)行NOX濃度和氨逃逸濃度進(jìn)行測量[2]。其次需要通過前期的測量明確NOX濃度和氨逃逸濃度的具體分布情況，根據(jù)其分布對現(xiàn)有設(shè)備裝置的噴氨支路管道進(jìn)行氨閥開度方面的調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)中可以用用手動調(diào)節(jié)的形式，對支流管道中的氨流量進(jìn)行重新合理配比，在手動調(diào)節(jié)氨閥開度時要首先蒸。對SCR反應(yīng)器的寬度方向等進(jìn)行粗略的調(diào)整，并針對反應(yīng)器深度方向開展精細(xì)化調(diào)整，以全面提高SCR脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整效果。在進(jìn)行支管氨閥的開度調(diào)節(jié)時，需要交反應(yīng)器的NOX濃度和氨逃逸濃度情況作為衡量開度的重要要素，要保證其與標(biāo)準(zhǔn)值偏差小于20%[3]。

2.3 優(yōu)化調(diào)整效果

火力發(fā)電站超臨界機(jī)組SCR脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整之后，對調(diào)整效果進(jìn)行評價的最優(yōu)角度在于脫硝的效率，經(jīng)測量得知，此次優(yōu)化調(diào)整效果良好，相比之前的NOX濃度和氨逃逸濃度情況已明顯降低。但是在SCR脫硝反應(yīng)器出口位置存在氨逃逸濃度相近的問題時，其整體脫硝性能會出現(xiàn)提高的現(xiàn)象。除此之外，與剛剛投入使用的SCR脫硝裝置相比，此次研究中的設(shè)備裝置已經(jīng)運行了20000h，設(shè)備的整體性能以及脫硝性能已經(jīng)出現(xiàn)下降的趨勢，這主要是因為裝置內(nèi)部催化劑在脫硝活性方面出現(xiàn)了降低，催化劑受到設(shè)備運行的影響，出現(xiàn)積灰時間延長的問題，特別是機(jī)會中各類重金屬元素能夠與催化劑中的脫硝活性物質(zhì)進(jìn)行結(jié)合，導(dǎo)致催化劑出現(xiàn)中毒，難以發(fā)揮良好的脫硝性能和作用。

3.SCR脫硝噴氨優(yōu)化與運行控制綜合因素分析

3.1 調(diào)整反應(yīng)器出口的NOX濃度

在針對SCR脫硝設(shè)備反應(yīng)器出口濃度進(jìn)行調(diào)整時中，可以通過兩種途徑進(jìn)行實現(xiàn)，首先可以降低其入口處的NOX濃度效果，例如可以采取低氮燃燒技術(shù)，真正實現(xiàn)從源頭出發(fā)，減少NOX的生成和影響，另一方面需要確保SCR脫硝設(shè)備的工作效率和脫硝性能能夠同步提升，促進(jìn)催化劑充分發(fā)揮作用，并在催化劑可以承受的范圍之內(nèi)，合理增加噴氨量，以此提高脫硝入口的摩爾比情況。

3.2 調(diào)整反應(yīng)器入口的NOX濃度

在調(diào)整和降低整反應(yīng)器出口的NOX濃度方面主要可以采取3種方式。首先可以應(yīng)用低氮燃燒器進(jìn)行設(shè)備運轉(zhuǎn)，火力發(fā)電廠的超臨界機(jī)組在運行過程中，專業(yè)用于煤粉燃燒的燃燒器需要廣泛應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)，例如可以實施分級燃燒、旋流燃燒、富氧燃燒等多種燃燒形式，應(yīng)用低氮燃燒器能夠有效降低鍋爐燃燒過程中煙氣的NOX濃度情況，甚至可以在原有排放濃度的基礎(chǔ)上最多降低50%左右。應(yīng)用低氮燃燒器可以將脫硝反應(yīng)器入口的NOX濃度進(jìn)行有效降低。其次可以調(diào)整鍋爐配風(fēng)方式，確保能夠科學(xué)合理的還原燃燒氛圍，在鍋爐作用期間當(dāng)其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化為NO的時候會對爐膛中的空氣性因素產(chǎn)生相對敏感的感知，因此可以在煤燃燒的過程中建設(shè)富燃料區(qū)，以確保相關(guān)燃料能夠充分轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分氮，并在此基礎(chǔ)上促進(jìn)揮發(fā)分氮還原為分子N2。通過此人方式能夠降低主燃燒區(qū)的溫度，但是燃燒爐膛的出口位置溫度會明顯增高，使得NOX的排放濃度較之以往會有所降低。但是也要注意如果火力發(fā)電廠所應(yīng)用的燃燒鍋爐為前后墻對沖的燃燒方式，則要充分考慮其燃燒溫度以及局部區(qū)域為富養(yǎng)燃燒的主要特點，此類鍋爐同時兼具了燃料型和熱力型兩種類型的NOX生成條件，這也使得針對脫硝反應(yīng)器入口NOX濃度控制的難度變得越來越高，脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整相關(guān)工作受到阻礙。最后可以通過控制風(fēng)量和氧量，達(dá)到降低反應(yīng)器入口NOX濃度的調(diào)節(jié)作用。因為在設(shè)備和燃燒過程中，NOX的生成情況與燃燒爐膛內(nèi)氧的濃度聯(lián)系緊密，NOX的生成濃度情，與爐膛出口的空氣系數(shù)始終呈現(xiàn)出正比的分布態(tài)勢，因此為了減少NOX的濃度，可以應(yīng)用先進(jìn)的燃燒器，以達(dá)到降低NOX的目的，在此類先進(jìn)設(shè)備運行過程中，能夠時刻根據(jù)氧量變化調(diào)節(jié)NOX的排放濃度，因此可以有效減少風(fēng)量，降低爐膛內(nèi)的氧含量，不僅能夠降低NOX的濃度，同樣也能減輕催化劑的負(fù)擔(dān)，延長催化劑的使用壽命。

3.3 提升設(shè)備的脫硝效率

SCR脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整過程中主要以液氨作為主要還原劑，在脫硝效率提升方面也主要通過增加供氨量來進(jìn)行解決，在增加供氨量方面可以適當(dāng)增大氨閥的開度，提高還原劑的稀釋比。由于此類操作能夠應(yīng)用現(xiàn)代的自動化控制手段開展遠(yuǎn)程控制，這也使得調(diào)節(jié)氨閥開度成為設(shè)備脫硝運轉(zhuǎn)過程中相對繁瑣的調(diào)節(jié)手段和舉措。但也要特別注意，一味地增加供氨量以提高設(shè)備的脫硝效率，此種舉措難以一以貫之，同樣也需要受到催化劑以及氨逃逸濃度的影響與限制。因此在開展SCR脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整時，可以對各個支管的氨流量進(jìn)行科學(xué)合理的分配，以此作為調(diào)節(jié)和降低NOX濃度的重要舉措，同時也能降低氨逃逸濃度，在氨使用量方面也能有所節(jié)約和降低。

3.4 科學(xué)配置混燒煤種

因為不同的煤種在進(jìn)行燃燒之后會產(chǎn)生不同濃度的NOX，例如褐煤、貧煤、無煙煤等NOX濃度差異明顯。我國有些地區(qū)的發(fā)電廠的燃煤來源并不穩(wěn)定，這也導(dǎo)致在實際發(fā)電過程中存在同一臺鍋爐需要進(jìn)行多種類型煤進(jìn)行混淆的問題，也會造成實際燃煤效果與鍋爐設(shè)備的脫硝設(shè)計相差較大，原有設(shè)計中煤種大多相對穩(wěn)定，特別是在煤中灰分以及其他微量元素出現(xiàn)偏高問題時，會直接影響SCR脫硝裝置的運行性能，甚至?xí)﹀仩t的正常運轉(zhuǎn)造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，因此在鍋爐應(yīng)用期間要綜合配置混燒煤種，避免其與SCR脫硫裝置出現(xiàn)不匹配的問題。

4.結(jié)論

本文針對SCR脫硝噴氨優(yōu)化與運行控制進(jìn)行深入的分析與討論，論述了SCR脫硝噴氨優(yōu)化運行控制的必要性，結(jié)合具體案例論述SCR脫硝裝置脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整的具體路徑和調(diào)整效果，并結(jié)合脫硝噴氨優(yōu)化運行控制綜合因素進(jìn)行深入的分析，希望以此能夠不斷提高SCR脫硝裝置的運行效率，確保最大安全脫硝效率的實現(xiàn)。