“矩陣式測(cè)量法”在脫硝系統(tǒng)的應(yīng)用

張玉龍，王 海，聶名清

（酒鋼集團(tuán)宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān)，735100）

前言

某電廠350 MW 發(fā)電機(jī)組，其鍋爐為東鍋DG-1208/25.4-II4 型超臨界直流鍋爐，配置2 臺(tái)型號(hào)為L(zhǎng)AP11284/2400 三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，脫硝系統(tǒng)采取SCR 脫硝方式。自2014年投產(chǎn)以來(lái)，脫硝系統(tǒng)調(diào)試投運(yùn)采取理想煙氣流場(chǎng)調(diào)整方式，假想煙氣在煙道內(nèi)的濃度分布為中間高兩側(cè)低的“屋脊式”分布，脫硝系統(tǒng)噴氨通過(guò)U型管差壓流量計(jì)測(cè)試、調(diào)整，同樣采取“屋脊式”噴氨的粗略控制方式，如圖1，沿?zé)煹缹挾确较蛑虚g噴氨量多，兩側(cè)噴氨量少。

圖1 “屋脊式”噴氨控制示意圖

1 脫硝系統(tǒng)傳統(tǒng)控制方式存在的弊端

2017 年機(jī)組超低排放改造后，粗略的控制方式造成鍋爐脫硝系統(tǒng)氨逃逸大幅度增加，逃逸的氨與煙氣中SO2反應(yīng)生成硫酸氫氨堵塞空氣預(yù)熱器、布袋除塵器，同等工況增加風(fēng)機(jī)運(yùn)行出力，影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

以該廠#2 機(jī)組為例，2020 年1 月機(jī)組檢修對(duì)兩臺(tái)空氣預(yù)熱器蓄熱元件全部進(jìn)行更換，機(jī)組啟動(dòng)后A、B 兩側(cè)空氣預(yù)熱器煙氣阻力分別為1.52 kPa、1.48 kPa，脫硝系統(tǒng)依舊采取理想煙氣流場(chǎng)“屋脊式”噴氨的調(diào)整控制方式，由于脫硝系統(tǒng)噴氨與煙氣流場(chǎng)不匹配，氨逃逸最大達(dá)5.5×10-6，如圖2。2020 年2 月中旬A 空氣預(yù)熱器煙氣壓差增長(zhǎng)至2.15 kPa，如圖3，限制了機(jī)組帶負(fù)荷能力。

圖2 超低排放改造后鍋爐脫硝系統(tǒng)氨逃逸趨勢(shì)圖

圖3 超低排放改造后脫硝系統(tǒng)氨逃逸造成空氣預(yù)熱器煙氣阻力上漲趨勢(shì)圖

2 脫硝系統(tǒng)控制調(diào)整方式的優(yōu)化

2020 年一季度，針對(duì)該廠#2 機(jī)組脫硝氨逃逸大，空氣預(yù)熱器煙氣壓差快速上漲問(wèn)題，從脫硝反應(yīng)原理上研究鍋爐脫硝系統(tǒng)噴氨均勻性與煙氣流場(chǎng)匹配性的控制，結(jié)合檢修在脫硝系統(tǒng)出口煙道等距離開(kāi)10個(gè)煙氣測(cè)量孔，在“屋脊式”噴氨控制基礎(chǔ)上，采取矩陣式多點(diǎn)測(cè)量方式進(jìn)行煙氣NOx 分布情況測(cè)試?！熬仃囀健倍帱c(diǎn)測(cè)量，即利用煙氣分析儀沿?zé)煹郎疃确较蛎? m 設(shè)置一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)測(cè)孔共計(jì)2 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量取數(shù)，見(jiàn)圖4，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)大小及分布位置統(tǒng)計(jì)分析，反向指導(dǎo)9 組噴氨手動(dòng)調(diào)閥開(kāi)度調(diào)整、修正，直至全負(fù)荷工況脫硝系統(tǒng)出口煙氣NOx 與各氨氣噴嘴噴氨量相匹配，提高脫硝系統(tǒng)反應(yīng)效率。

圖4 “矩陣式”多點(diǎn)測(cè)量調(diào)整原理示意圖

優(yōu)化調(diào)整前①～⑨手動(dòng)調(diào)閥開(kāi)度依次為35%、45%、55%、65%、70%、65%、55%、45%、35%，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，脫硝系統(tǒng)入口煙氣NOx 含量350 mg/m3，小時(shí)耗氨量0.124 t，脫硝效率為86.3%。根據(jù)矩陣式多點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)分布情況，調(diào)整、修正9組噴氨手動(dòng)調(diào)閥開(kāi)度，優(yōu)化調(diào)整后①～⑨手動(dòng)調(diào)整閥開(kāi)度依次為47%、52%、59%、61%、66%、68%、55%、53%、39%。機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，脫硝系統(tǒng)入口煙氣NOx 含量350 mg/m3，小時(shí)耗氨量降至0.107 t，脫硝效率提高至89.6%。

3 脫硝系統(tǒng)優(yōu)化控制調(diào)整的效果

優(yōu)化控制前，測(cè)量脫硝系統(tǒng)出口煙道20個(gè)測(cè)量點(diǎn)煙氣NOx分布情況，最高點(diǎn)為62 mg/m3，最低點(diǎn)為33 mg/m3，偏差29 mg/m3，偏差率接近100%。

優(yōu)化控制后，測(cè)量脫硝系統(tǒng)出口煙道20個(gè)測(cè)量點(diǎn)煙氣NOx分布情況，最高點(diǎn)為42 mg/m3，最低點(diǎn)為37 mg/m3，偏差5 mg/m3，偏差率13.5%，如圖5。

圖5 優(yōu)化控制前后脫硝系統(tǒng)出口NOx測(cè)量值統(tǒng)計(jì)柱狀圖

#2 機(jī)組不同負(fù)荷工況鍋爐脫硝系統(tǒng)出口20 個(gè)取樣點(diǎn)煙氣NOx偏差均在5 mg/m3以內(nèi)，氨逃逸小于1.5×10-6，如圖6。隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，鍋爐煙道流場(chǎng)發(fā)生一定變化，因此制定每季度對(duì)脫硝系統(tǒng)噴氨均勻性與煙氣的匹配性進(jìn)行復(fù)測(cè)、調(diào)整。#2 機(jī)組運(yùn)行8個(gè)月，機(jī)組95%負(fù)荷率，A、B 兩側(cè)空氣預(yù)熱器煙氣壓差分別為1.47 kPa、1.43 kPa，保持穩(wěn)定，見(jiàn)圖7。

圖6 優(yōu)化控制后鍋爐脫硝系統(tǒng)氨逃逸趨勢(shì)圖

圖7 優(yōu)化控制后空氣預(yù)熱器煙氣阻力變化趨勢(shì)圖

4 結(jié)語(yǔ)

“矩陣式測(cè)量法”在脫硝系統(tǒng)的應(yīng)用，細(xì)化完善了傳統(tǒng)脫硝系統(tǒng)測(cè)試調(diào)整方法，脫硝系統(tǒng)噴氨均勻性與煙氣流場(chǎng)匹配性更強(qiáng)，更加適應(yīng)火力發(fā)電廠超低排放NOx控制需求。脫硝系統(tǒng)氨氣與煙氣中NOx的對(duì)應(yīng)關(guān)系增強(qiáng)，反應(yīng)效率增加，氨逃逸顯著降低，節(jié)省液氨單耗，有效抑制空氣預(yù)熱器等后續(xù)系統(tǒng)亞硫酸氫氨沉積堵塞，保證機(jī)組運(yùn)行安全。