摘要：SCR脱硝反应器出口NOX质量浓度分布不均匀会造成氨逃逸率高、还原剂消耗量增加等问题。某电厂燃气-蒸汽联合循环机组300 MW余热锅炉SCR烟气脱硝系统经优化调整，SCR反应器出口NOX质量浓度分布不均匀度由44.2%降低至14.5％，SCR系统脱硝效率由72.99％提高到75.12％，平均氨逃逸浓度由7.98 ppm降低至3.73 ppm。
关键词：SCR烟气脱硝系统；余热锅炉；NOX浓度；氨逃逸；喷氨优化
Optimal Adjustment of Ammonia Injection for Flue Gas SCR-De-NOx Facility of Heat Recovery Steam Generator
ZHAO Dan
（Shanghai Electric Power Generation Environment Protection Engineering Co.，Ltd.，Shanghai 201612，China）
Abstract：The uneven distribution of NOx concentration at the SCR denitration system outlets will cause problems such as high ammonia slip rate and increased consumption of reducing agent.The SCR flue gas De-NOx facility of a 300 MW heat recovery steam generator was optimized.The distribution of NOx concentration at the SCR denitration system outlets was reduced from 44.2% to 14.5%，the denitration efficiency was increased from 72.99% to 75.12%，and the mass concentrations of ammonia slip were declined from 7.98 ppm to 3.73 ppm.
Key words：flue gas De-NOx facility；heat recovery steam generator；NOx；ammonia escape；optimal design of ammonia injection
前言
随着经济的发展，每年大气污染物的排放量急剧增加，2014年9月，国家发改委、环保部、国家能源局联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，首次提出了煤电行业的超低排放标准为：6%基准氧条件下，烟气中主要污染物含量：烟尘 < 5mg/Nm3，O2 < 35mg/Nm3，NOx < 50mg/Nm3。近年来，随着环保科技行业的发展，超低排放已经不仅仅是火电行业的标杆，也是包括化工、新能源，钢铁等各个行业的方向和标杆。3月5日李克强总理在2019年政府工作报告中，明确指出今年大气污染治理目标：SO2，NOx排放总量下降3%，化学需氧量，氨氮排放量下降2%，要进一步加强固体废弃物和城市垃圾的分类处置。3月19日，国家生态环境部门发布关于垃圾电厂超标排放的征求意见表示：对于环保排放不达标的电厂，将被核减电价补贴资金，并限制享受退税政策。
1 SCR烟气脱硝优化改造试验
1.1试验目的
喷氨优化调整是通过手动调节SCR烟气脱硝装置入口每根喷氨支管的喷氨量，使SCR烟气脱硝系统出口NOX和NH3分布更均匀，提高SCR烟气脱硝系统的可用率[1]。根据华北地区某燃气-蒸汽联合循环机组300 MW余热锅炉的实际情况，制定如下试验方案。
1.2试验内容
1.2.1满负荷工况测试
测量机组满负荷运行时反应器出口的NOX浓度分布和氨逃逸浓度分布，初步评估脱硝装置氨喷射流量分配状况。
1.2.2喷氨格栅优化调整
在机组满负荷下，根据SCR反应器出口截面的NOX浓度分布，对反应器入口竖直烟道上喷氨格栅的手动阀门开度进行调节，最大限度提高出口的NOX浓度分布均匀性。
1.2.3性能评估测试
在完成喷氨优化调整之后，在机组满负荷下测量SCR反应器出口NOX浓度分布和氨逃逸浓度，并在50%负荷下进行校核测试。
1.3试验方法
1.3.1测点布置
本试验地点为北京某电厂燃气-蒸汽联合循环机组2号余热锅炉尾部烟道SCR烟气脱硝装置。试验采用网格法分区测量，SCR烟气脱硝装置出口烟道由北到南平均分为7个区域，每一区域6个测点，共计42个点。
喷氨管道由北向南均匀分布，共分为七个区域，每个区域有三个喷氨阀门，分别调节区域内的喷氨流量。
1.3.2理论计算
烟气中NOX浓度（标干态，氧量15%）计算公式[2]为：
（1）
其中，
为标准状态，15 %氧含量，干烟气下NOX质量浓度；
为实测干烟气中NOX的体积含量；
为实测干烟气中的氧含量；2.05为NO2由体积含量ppm到质量浓度mg/Nm3的转化系数。
试验中NOX浓度不均匀度用CV表示，计算公式为如下：
（2）
（3）
（4）
其中，
为标准偏差，
为平均值，n为测点数，本试验为42。
脱硝效率计算公式为：
（5）
其中Cin、Cout分别为SCR入口和出口NOX浓度。
烟气氨逃逸浓度测量方法见标准文件DL/T260-2012《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验试验规范》[3]。
1.3.3试验仪器
本试验用到的主要仪器如表1所示：
表1 试验仪器
2 数据分析
2.1满负荷工况
喷氨优化调整前在机组290MW负荷稳定运行情况下测得SCR烟气脱硝装置出口不同测点NOX值如表2所示：
表2 喷氨优化调整前SCR出口不同测点NOX浓度分布
图1 优化调整前SCR出口NOx浓度分布图 图2 优化调整前SCR出口NOX浓度分布云图
喷氨优化调整前SCR烟气脱硝装置脱硝出口NOX浓度平均值为11.72 mg/Nm3，分布不均匀度为44.2%，浓度最大值与最小值差为22.21 mg/Nm3，存在着严重的NOX浓度分布不均匀情况。因此有必要根据分布情况对各个喷氨支管手动阀门的开度进行调节，以降低SCR反应器出口NOX浓度分布不均匀度。
各个喷氨支管手动阀门的开度调节情况如表3所示：
表3 喷氨优化调整前SCR反应器喷氨支管阀门开度情况
喷氨优化调整后不同测点NOX分布情况如表4所示：
表4 喷氨优化调整后SCR出口不同测点NOx浓度分布
图3 优化调整前SCR出口NOx浓度分布图
图4 优化调整前SCR出口NOx浓度分布云图
通过对喷氨阀门的开度调节，SCR烟气脱硝装置出口NOX浓度平均值变为11.87 mg/Nm3，分布不均匀度缩小为14.51%，浓度最大值与最小值差减小为6.71 mg/Nm3，脱硝出口NOX浓度分布不均匀情况得到了有效改善。
由CEMS系统数据得喷氨调平前，脱硝效率为：
喷氨调平后，脱硝效率为：
可见，喷氨优化调整后，SCR系统脱硝效率提高2.13％。
2.2氨逃逸浓度测量
氨逃逸浓度测量方法见DL/T260-2012《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验试验规范》[3]，即靛酚蓝分光光度法。基本原理为：氨被稀硫酸吸收液吸收后，生成硫酸铵。在亚硝基铁氰化钠存在下，铵离子、水杨酸和次氯酸钠反应生成蓝绿色化合物，根据着色深浅，比色定量。具体操作方法是将采集到的硫酸铵样品处理后测得其吸光度，并与标准曲线比较从而得到样品铵根离子的浓度，并反推出氨逃逸浓度。硫酸铵溶液显色照片如图5所示。
图5 硫酸铵溶液显色照片
喷氨优化调整前后分别测得氨逃逸浓度如图6所示。
图6 优化调整前后氨逃逸浓度分布图（a）优化调整前（b）优化调整后
优化调整前氨逃逸浓度较大，平均值达到7.98 ppm。优化调整后氨逃逸浓度大幅度减小，平均氨逃逸浓度为3.73 ppm。各喷氨支管喷入的还原剂质量浓度与反应器内NOX质量浓度一致性良好，在满足设计脱硝效率的条件下，各区域氨均消耗完全，氨逃逸率低，证实了提高脱硝出口NOX浓度均匀性有利于降低了氨水消耗量和氨逃逸量，在电厂长期运营情况下，能够提高催化剂性能和使用寿命，降低系统运行和检修成本[4]。
2.350％工况校核试验
喷氨优化调整后在机组145MW负荷稳定运行工况下进行了校核试验，SCR烟气脱硝装置出口不同测点NOX值如表5所示：
表5 优化调整后145MW负荷工况下不同测点NOx分布情况
优化调整后145MW负荷工况下脱硝出口NOX浓度平均值为11.44 mg/Nm3，分布不均匀度为16.9%，浓度最大值与最小值差减小为8.07 mg/Nm3，脱硝出口NOX浓度分布不均匀度与满负荷工况下处于同一水平。
图7 优化调整后50%负荷工况下NOX浓度分布图 图8 优化调整后50%负荷工况下NOX浓度分布云图
3 结论及建议：
通过对脱硝系统的喷氨格栅的优化调节，SCR烟气脱硝装置出口NOX浓度分布不均匀度由44.2%降低到14.51%，NOX浓度分布均匀性得到显著改善，SCR系统脱硝效率由72.99％提高到75.12％，提高了SCR系统脱硝效率。此外，通过调节喷氨格栅的阀门，整体平均氨逃逸量由7.98 ppm降低到3.73 ppm，在电厂长期运营情况下，能够减少氨水用量，提高催化剂性能和使用寿命，降低系统运行和检修成本。
为了进一步提高SCR烟气脱硝系统效率，对脱硝系统改造建议如下：
（1）由试验数据得知目前脱硝出口NOX浓度和氨逃逸浓度仍然有进一步降低的可能，建议加装催化剂层，使剩余的NOX和NH3继续发生反应，从而使得烟囱位置排放NOX浓度更低。
（2）通过对SCR烟气脱硝系统的喷氨优化调整，可以降低SCR反应器出口NOX的相对标准偏差以及SCR反应器出口烟道处与烟囱入口处的NOX质量浓度的偏差。为确保脱硝装置安全经济运行，应定期进行喷氨优化调整，使氨与烟气混合均匀，防止因片面追求过高的脱硝效率而造成整体过量喷氨，危及下游设备的安全稳定运行[5]。
参考文献：
[1]廖永进，徐程宏，余岳溪，湛志钢，温智勇，廖宏楷.火电厂SCR烟气脱硝装置的运行优化研究[J].锅炉技术，2008，（05）：60-63.
[2]环境保护部科技标准司.GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准[S].北京：中国环境科学出版社，2012.
[3]DL/T 260-2012，燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范[S].
[4]李德波，廖永进，徐齐胜，曾庭华.电站锅炉SCR脱硝系统现场运行优化[J].广东电力，2014，（05）：16-19.
[5]方朝君，余美玲，郭常青.燃煤电站脱硝喷氨优化研究[J].工业安全与环保，2014，（02）：25-27.
论文作者:赵丹
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
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