摘要：火电机组脱硝系统投运后出现的喷氨量不均、氨逃逸增加，容易造成空预器堵塞的问题，通过喷氨均匀性调整试验，优化脱硝系统喷氨量，使系统用氨量有所下降，空预器差压也得到有了效控制，从而确保机组长周期安全运行。
关键词：脱硝；喷氨；氨逃逸；措施
一、设备概述
某电厂3#机组330MW，配套东方锅炉厂设计制造的亚临界自然循环锅炉，为单炉膛四角切园燃烧方式、一次中间再热、自然循环汽包炉。SCR 脱硝装置采用高灰型工艺，反应器布置在省煤器与空预器之间。锅炉设置两台 SCR 反应器，不设反应器烟气旁路。脱硝催化剂按”2+1”模式布置，每层催化剂上方安装半伸缩耙式蒸汽吹器和声波吹灰器。脱硝装置采用液氨制备还原剂。自氨站来的氨气通过氨/空气混合器与稀释风混合后，通过涡流型 AIG喷入SCR反应器入口烟道。每台反应器在SCR脱硝装置入口竖直烟道处布置5组喷氨支管，每组支管上都配有手动调节阀，以调节支管的氨喷射流量。SCR 脱硝催化剂初装两层蜂窝式催化剂。催化剂节距为 8.2mm，壁厚为 1.1mm。目前3#机组两层催化剂总体积量为 237.2m3。
二、脱硝系统运行中存在问题
3#机组脱硝系统运行中，反应器出口截面上局部区域氨逃逸浓度过高，由于喷氨量不均，导致氨在脱硝反应器存在局部反应不良，氨逃逸量增加，使过量氨与烟气中的硫化物反应，生成硫酸氢铵，沉积在下游设备上，使烟道阻力增加，影响机组带负荷，对设备安全运行带来较大影响。烟道流场分布不均匀，而喷氨格栅AIG各阀门开度没有一定的指导原则，喷氨流量分布不能适应烟气量分布状况。为了减少NOx浓度分布偏差，避免局部氨逃逸超标，须对AIG各阀门开度进行优化调整。
三、原因分析
根据机组实际负荷条件，3#机组在310MW负荷下进行了摸底测试。试验过程中，控制SCR 出口 NOx 浓度在 50mg/m3 以内，同步在每台反应器进、出口测量NOx浓度，并在反应器出口采集氨逃逸样品。SCR 入口 NOx 浓度为 254mg/m 3，脱硝效率为 86.1%时，氨逃逸浓度平均为 9.68µL/L。
摸底测试结果反映出脱硝A、B侧反应器入口NOx浓度分布较均匀，但是出口NOx 浓度沿烟道宽度和深度方向均呈现不均匀分布：A反应器出口：宽度方向靠反应器中部区域 NOx 浓度偏低，深度方向靠前墙区域 NOx 浓度偏高。出口截面 NOx 浓度平均为 37mg/m3，NOx浓度最大为55mg/m3，最小值为 21mg/m3，分布CV值为30%；B反应器出口：主要沿宽度方向靠反应器中部区域 NOx浓度偏低，靠两侧墙区域NOx浓度明显偏高。出口截面 NOx 浓度平均为34mg/m3，NOx浓度最大值为56mg/m3，最小值为 16mg/m3，分布CV值为45%。反应器出口NOx浓度分布不均，主要是经过喷氨格栅支管喷入反应器内的氨与烟气中的NOx混合后，在顶层催化剂入口处的氨氮摩尔比分布不均引起，由此也导致反应器出口截面上局部区域氨逃逸浓度过高，如B反应器出口靠中部区域（测孔B3）氨逃逸浓度高达23.76µL/L。过高的氨逃逸浓度将加剧下游空预器等设备形成 ABS 堵塞风险。对SCR喷氨格栅进行优化调整，使喷氨格栅各支管喷氨量趋于合理，能有效提高SCR 出口NOx浓度分布均匀性，降低局部较高的氨逃逸浓度，从而提高整个脱硝系统的运行安全性和经济性。
四、优化试验方法
3#机组在额定负荷下，烟气流量和烟气温度稳定时，利用现场测试的SCR入口NOx浓度、出口NOx浓度、氨逃逸浓度、喷氨 NH3/NOx 摩尔比及脱硝效率等表观参数，可评估宏观的脱硝反应器潜能 P。脱硝反应器潜能既可用于反映当前实际烟气条件下脱硝装置的整体性能状态，通过预测额定负荷、设计入口NOx浓度和氨逃逸上限所对应的最大安全脱硝效率，可作为过程数据用于脱硝装置提效改造预测和评估。
1.NO与O2浓度分布：在SCR反应器的进口和出口烟道截面，分别采用网格法布置烟气取样点采集烟气。烟气经不锈钢管引出至烟道外，再经过除尘、冷却除湿等处理后，最后接入烟气分析仪进行分析。测量烟气中的 NO与O2含量，可获得烟道截面的 NOx 浓度分布。取反应器进出口的 NOx 浓度的算术平均值计算脱硝效率。
2.氨逃逸浓度：根据反应器出口截面的NO浓度分布，按照代表点 NOx 平均值与截面烟道 NOx平均值相等的原则，每台反应器选取5个代表点进行 NH3取样。氨逃逸样品采用美国EPA 的 CTM-027标准以化学溶液法采集，并记录所采集的干烟气流量、O2及NOx浓度。通过分析样品溶液中的氨浓度，并根据所采集的烟气流量和 O2，计算各采集点处烟气中干基氨浓度。
3.系统阻力：在SCR反应器进口与出口烟道截面上布置毕托管，利用测压引管将进出口的烟气引到同一水平面上，通过电子微压计显示全压差，来计算SCR脱硝装置的系统阻力。
4.烟气流量：在每台SCR反应器的进口烟道截面，分别采用等截面网格法测试烟气动压、静压、烟气温度等，结合烟道截面尺寸和环境条件等参数进行计算烟气流量。
5.烟气温度：在脱硝装置入口烟道截面上，按照等截面网格法，利用经校验合格的II级精度K 型铠装热电偶和单点温度计，测量烟道截面的烟气温度分布，并计算脱硝装置入口截面的平均温度。
6.环境条件：试验期间，采用膜盒式大气压力计测量环境大气压力。用干湿球温度计测量环境干、湿球温度，经查表得出环境相对湿度。
7.DCS 参数：试验期间，通过机组 DCS 系统记录锅炉主要的运行参数（负荷、总风量、给煤量及其它），并监测脱硝系统的主要运行参数（氨喷射量、SCR 进出口的 NO/O2浓度、烟气温度等）。
五、优化试验内容
在机组 310MW负荷下，控制SCR出口NOx浓度不高于50mg/m3，根据实测的反应器出口截面 NOx浓度分布情况，对AIG喷氨支管的手动阀开度进行多轮次优化调整，最大限度提高反应器出口的NOx浓度分布均匀性。
经过多次测试和调整，两台反应器出口截面NOx分布均匀性得到明显改善。随优化调整过程的深入，反应器出口截面NOx浓度分布CV值呈减小趋势，NOx 浓度分布逐渐趋于均匀。
喷氨优化调整后，机组320MW负荷下，SCR出口NOx浓度约 43mg/m3时，A、B侧反应器出口截面 NOx分布CV值分别为28%和20%，与优化调整前相比显著减小。A、B侧反应器出口各测点处氨逃逸浓度基本小于 4.5µL/L及3.0µL/L，与优化调整前相比局部氨逃逸浓度过高现象得到明显改善。
为使机组不同负荷下反应器出口NOx浓度分布均能保持较好的适应性，在机组250MW及180MW 负荷下，根据SCR出口NOx浓度分布情况，对喷氨格栅部分支管手动阀开度进行了验证性微调。机组 250MW 负荷下，SCR出口NOx浓度约 41mg/m3时，A、B侧反应器出口截面NOx分布CV值分别为29%和22%，平均氨逃逸浓度为 1.88µL/L。机组 180MW负荷下，SCR 出口NOx浓度约 37mg/m3时，A、B 侧反应器出口截面 NOx 分布 CV值分别为29%和25%，平均氨逃逸浓度为 1.27µL/L。
从以上的测试结果可以看出，喷氨优化调整后，SCR反应器出口 NOx浓度分布均匀性得到改善，局部较高的氨逃逸浓度峰值明显降低，在不同负荷下也具有较好的适应性。
六、试验效果分析
3#机组喷氨优化调整前，机组310MW负荷、SCR出口NOx浓度约 35mg/m3 时，氨逃逸浓度为9.68µL/L（局部氨逃逸浓度峰值为 23.76µL/L），NOx浓度分布 CV 值为38%。喷氨优化调整后，机组 320MW负荷，SCR出口NOx 浓度约43mg/m3时，氨逃逸浓度为3.69µL/L（局部氨逃逸浓度峰值为5.67µL/L），NOx浓度分布CV值为24%。经过喷氨优化调整，SCR出口NOx浓度分布均匀性得到提高，局部氨逃逸浓度峰值明显降低。机组 250MW及180MW 负荷下，SCR出口NOx 浓度分别为41mg/m3、37g/m 3时，NOx浓度分布CV值分别为26%、27%。按超低排放限制控制NOx排放时，机组不同负荷下SCR出口NOx浓度分布保持良好的均匀性。
喷氨优化调整后，机组320MW负荷下，SCR入口NOx浓度分别为255mg/m3、246mg/m3、238mg/m3，脱硝效率分别为83.0%、82.3%、81.6%时，氨逃逸浓度分别为3.69µL/L、3.41µL/L、2.88µL/L；NOx排放浓度分别为 43mg/m3、43mg/m3、44mg/m3。当前机组额定负荷下SCR脱硝反应器潜能P约为2.58，预测入口NOx浓度为247mg/m3 及氨逃逸浓度为 3µL/L条件下，NOx排放浓度最低可控制到约 47mg/m3。机组250MW及180MW负荷下，SCR入口NOx浓度分别为 210mg/m3、180mg/m3，脱硝效率分别为 80.3%、79.5%时，氨逃逸浓度分别为1.88µL/L、1.27µL/L，NOx排放浓度分别为41mg/m3、37mg/m3。机组 320MW 负荷下，实测 SCR 入口至反应器出口竖直烟道段阻力为 561Pa。
目前3#机组采用的是涡流型氨喷射系统，不具备沿烟道深度方向调节喷氨量的功能，下一步需要对氨喷射系统进行优化改造，使其具备沿烟道宽度和深度方向精细化分区调节喷氨量功能。
结论
通过3#机组脱硝系统喷氨优化试验，有效控制系统加氨量，防止因加氨量过多，氨逃逸量大引起的空预器等下游设备堵塞，确保主机设备的安全运行。通过喷氨量优化，用氨量减少，有效降低生产经营成本。同时通过加强日常运行调整，通过优化燃烧降低SCR入口NOx浓度，并控制脱硝效率和NOx排放浓度环保要求即可，以控制氨逃逸。
参考文献：
[1]DL/T260-2012 燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范
[2]朱法华.火电厂污染防治技术手册.中国电力出版社，2017
[3]孙克勤，钟秦.火电厂烟气脱硝技术及工程应用.化学工业出版社，2007
论文作者:柯铭
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：浓度论文; 反应器论文; 烟气论文; 截面论文; 机组论文; 负荷论文; 分别为论文; 《电力设备》2018年第34期论文;