摘要：為了調(diào)高脫硝系統(tǒng)效率，在滿足環(huán)保超低排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，減少噴氨量、降低氨逃逸率、降低空預(yù)器堵塞風(fēng)險(xiǎn)，對某電廠超臨界2×700 MW燃煤機(jī)組脫硝系統(tǒng)進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)。通過調(diào)整噴氨手動門開度，合理調(diào)節(jié)SCR噴氨量，使SCR脫硝系統(tǒng)出口氮氧化物濃度分布的均勻性得到改善，降低了局部氨逃逸峰值，降低了空預(yù)器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：脫硝系統(tǒng)；噴氨優(yōu)化；氨逃逸率；空預(yù)器堵塞

0 引言

隨著火電廠最新大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布及煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃的實(shí)施，燃煤電廠必須更加嚴(yán)格地控制煙氣中 NOx的排放量。選擇性催化還原（ SCR）脫硝技術(shù)因脫硝效率高且運(yùn)行穩(wěn)定可靠，而被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠。脫硝效率、噴氨量大小和氨氣逃逸率是衡量 SCR 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行是否良好的重要依據(jù)。電廠在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于負(fù)荷、鍋爐燃燒工況、煤種、噴氨格柵閥門開度、煙道流場均勻性、吹掃間隔時間等因素均會影響 SCR 脫硝效率和氨逃逸率。逃逸氨在空預(yù)器中會生成黏性的硫酸銨或硫酸氫銨，減小空預(yù)器流通截面，造成空預(yù)器堵灰。空預(yù)器堵灰不僅影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性而且顯著降低鍋爐安全性，嚴(yán)重影響脫硝機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前燃煤電廠可以選擇新型的 SCR 脫硝系統(tǒng)噴氨格柵類型、布置方式及改造噴氨管 ，調(diào)整噴氨量和噴復(fù)均勻性，改進(jìn)催化劑入口氨氮比，優(yōu)化煙氣導(dǎo)流板布置、煙氣流速的均布性，或研發(fā)與應(yīng)用煙氣脫硝系統(tǒng)自動控制技術(shù)。通過提升自控系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性等措施，可提高 SCR 脫硝系統(tǒng)出口NOx分布均勻性，防止局部氨選逸超標(biāo)，減輕空預(yù)器堵灰、腐蝕、運(yùn)行阻力等問題。

某廠由于投產(chǎn)時間早，投產(chǎn)時由于國家環(huán)保要求不高，脫硝系統(tǒng)按出口氮氧化物排污濃度 200mg/m3設(shè)計(jì)。隨著國家環(huán)保要求的提升，為滿足發(fā)改能源〔2014〕2093 號文件《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃（2014—2020 年）》的要求，該廠將氮氧化物排放濃度穩(wěn)定的控制到 50 mg/ m3以下，該廠進(jìn)行了 SCR 煙氣脫硝提效改造，主要是加裝 5 號爐第三層及 6 號爐第二層催化劑來達(dá)到 NOx濃度超低排放。通過上述改造措施，能夠?qū)⒌趸餄舛瓤刂频?50 mg/ m3以下，但運(yùn)行過程中存在局部氨逃逸偏大，自動跟蹤系統(tǒng)滿足不了運(yùn)行要求等問題，導(dǎo)致還原劑耗量高、空預(yù)器阻力上升較快等問題。因脫銷系統(tǒng)投產(chǎn)時 SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的線性控制式噴氨格柵技術(shù)。而目前脫硝系統(tǒng)新型結(jié)構(gòu)改造經(jīng)濟(jì)成本高、周期長，在現(xiàn)有 SCR 脫硝系統(tǒng)中開展噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，是目前提高氨利用率、減少 NOx污染物排放的主要手段，調(diào)節(jié) SCR 脫硝系統(tǒng)噴氨量，改善 SCR 脫硝系統(tǒng)出口 NOx分布均勻性和氨利用率。

1 試驗(yàn)對象及參數(shù)

該廠 700 MW 超臨界燃煤 5、6 號機(jī)組的煙氣脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝和板式催化劑，催化劑按“2 +1"模式布置，選用二氧化鈦、釩化合物作為催化劑，采用液氨制備脫硝還原劑。

SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)采用線性控制式噴氨格柵技術(shù)。噴氨格柵中各組噴嘴之間的氣氨噴射具有較強(qiáng)的獨(dú)立性。SCR 脫硝系統(tǒng)入口每側(cè)布置 3 層上下交錯的噴氨格柵，21 支控制噴氨量分配的噴氨手動門。每個手動門控制3根支管。每組3個手動門分別對應(yīng)煙道截面前后部分噴氨。

1.1 試驗(yàn)儀器及調(diào)整方法

SCR 脫 硝 系 統(tǒng) 噴 氨 優(yōu) 化 試 驗(yàn) 是 根 據(jù) GB/T16157—1996《 固定污染源排氣中顆粒物測定 與氣態(tài)污染物采樣方法》，DL/T 335— 2010《火電廠煙氣脫硝（SCR）裝置運(yùn)行技術(shù)規(guī)范》開展的。根據(jù)測定的 SCR 脫硝系統(tǒng)出口 NOx 濃度分布情況，調(diào)整手動閥門開度，對應(yīng)調(diào)節(jié)噴氨流量[1]。試驗(yàn)時要保證煤質(zhì)負(fù)荷及配風(fēng)方式等條件的穩(wěn)定。由于鍋爐爐型、燃燒方式、燃用煤種的限制，目前的設(shè)備狀況決定了該廠 5、6 號鍋爐爐膛出口氮氧化物已經(jīng)沒有明顯改進(jìn)空間，故在設(shè)備不進(jìn)行改造的情況下無法通過燃燒調(diào)整顯著降低 SCR 入口的 NOx產(chǎn)生濃度。同時，由于 5、6 號鍋爐爐膛較寬，爐膛出口氮氧化物濃度分布均勻性偏差較大。根據(jù)投運(yùn)磨組合方式、機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷、煤質(zhì)等的不同，鍋爐爐膛出口 NOx濃度分布均勻性偏差較大。目前爐膛出口 NOx濃度大小相差約±50 mg/m3，環(huán)保政策超低排放限制要求煙囪入口 NOx濃度低于 50 mg/m3，為保證 NOx濃度不超標(biāo)，實(shí)際運(yùn)行時一般都要求控制 NOx濃度低于 40mg/m3，此種情況下，容易出現(xiàn)局部位置的入口 NH3/NOx 摩爾比超過 1.0，造成局部氨逃逸過大，進(jìn)而引發(fā)局部氨逃逸過大導(dǎo)致的空預(yù)器阻力快速上升問題[5]。為此，通過進(jìn)行噴氨調(diào)整試驗(yàn)來評估現(xiàn)有流場和氨混合系統(tǒng)能夠滿足超低排放需要，并決定是否需要進(jìn)一步改造。

1.2 測試內(nèi)容和方法

SCR 脫硝裝置的噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)主要在機(jī)組常規(guī)高負(fù)荷（100%負(fù)荷）進(jìn)行，并在高、中、低負(fù)荷（100%、75%、50%）下進(jìn)行驗(yàn)證和微調(diào)。根據(jù)現(xiàn)場條件和測試要求，試驗(yàn)過程如下：

預(yù)備與摸底試驗(yàn)：在100%負(fù)荷下實(shí)測反應(yīng)器進(jìn)、出口 NOx濃度、氨逃逸等，分別與在線 CEMS 分析儀表的 DCS 顯示值進(jìn)行比較，為正式試驗(yàn)做準(zhǔn)備。機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，鍋爐運(yùn)行氧量、磨投運(yùn)組合方式等情況下，減少脫硝裝置入口NOx的波動。噴氨優(yōu)化調(diào)整：在機(jī)組100%（負(fù)荷穩(wěn)定）負(fù)荷下，根據(jù)SCR反應(yīng)器出口截面的NOx濃度分布，對反應(yīng)器入口水平煙道上的AIG 噴氨格柵的手動閥門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，最大限度提高反應(yīng)器出口的 NOx分布均勻性。

AIG 優(yōu)化校核試驗(yàn)：在機(jī)組 100%、75%、50%負(fù)荷下，在設(shè)計(jì)脫硝效率下測量反應(yīng)器進(jìn)出口的NOx濃度分布和氨逃逸，評估優(yōu)化結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果對 AIG手動調(diào)閥進(jìn)行微調(diào)。在 SCR 反應(yīng)器的進(jìn)口和出口煙道截面，分別采用等截面網(wǎng)格法布置煙氣取樣點(diǎn)。在反應(yīng)器平臺布置一套TESTO350型煙氣分析儀，煙氣經(jīng)不銹鋼管引出至煙道外，再經(jīng)過除塵、除濕、冷卻等處理后，最后接入煙氣分析儀進(jìn)行分析。利用煙氣分析儀，在反應(yīng)器的進(jìn)出口逐點(diǎn)切換采集煙氣樣品，分析煙氣中的 NO 與 O2含量，可獲得煙道截面的NOx濃度分布。取反應(yīng)器進(jìn)、出口的NOx濃度的算術(shù)平均值計(jì)算脫硝效率。根據(jù)反應(yīng)器出口截面的NO濃度分布，每臺反應(yīng)器選取6個代表點(diǎn)作為NH3取樣點(diǎn)。

1.3 摸底試驗(yàn)

根據(jù)測試，5、6號機(jī)組在負(fù)荷穩(wěn)定時目前脫硝裝置入口 NOx濃度在約 300 mg/m3左右，此入口 NOx濃度低于原設(shè)計(jì)的NOx。

5 號機(jī)組負(fù)荷 680 MW A、B、C、D、E、F 磨煤機(jī)投運(yùn)，SCR 投入自動控制前提下，進(jìn)行摸底測試，作為噴氨優(yōu)化調(diào)整前基準(zhǔn)工況。6 號機(jī)組負(fù)荷 620MW A、B、C、D、E、F 磨煤機(jī)投運(yùn)，SCR 投入手動控制前提下，進(jìn)行對比測試。試驗(yàn)過程中，同步在每臺反應(yīng)器進(jìn)、出口測量 NOx濃度，同時在反應(yīng)器出口采集氨逃逸樣品，用于計(jì)算脫硝效率與氨逃逸，初步評估脫硝裝置的效率和氨噴射流量分配狀況。測試結(jié)果（表1）表明，噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)前，5號爐脫硝裝置A、B兩側(cè)脫硝效率分別為69.6%、87.2%，A、B 兩側(cè)煙道截面平均氨逃逸濃度分別為 1.7 μL/L、5.2 μL/L，A、B 側(cè)單點(diǎn)最大氨逃逸分別為 2.4 μL/L、12.7 μL/L；6 號爐脫硝裝置 A、B 兩側(cè)脫硝效率分別為 76.2%、84.7%，A、B 兩側(cè)煙道截面平均氨逃逸濃度分別為 1.2 μL/L、0.9 μL/L，A、B 側(cè)單點(diǎn)最大氨逃逸分別為2.3 μL/L、1.6 μL/L。

表1 優(yōu)化調(diào)整前的脫硝效率、氨逃逸分析

對比 5 號機(jī)組脫硝反應(yīng)器出口 NOx分布結(jié)果見圖1、2。

摸底試驗(yàn)工況下 A、B 側(cè)脫硝反應(yīng)器入口 NOx分布相對偏差在 10%以內(nèi)，說明入口 NOx分布相對較為均勻。A 側(cè)噴氨量 65 kg/h，B 側(cè)噴氨量 75.18kg/h。實(shí)測 A 側(cè)入口 NOx濃度 263.8 mg/m3，B 側(cè)入口 NOx濃度 274.5 mg/m3；DCS 顯示 A 側(cè)入口 NOx濃度 263.1 mg/m3，B 側(cè)入口 NOx濃度 296.5 mg/m3。實(shí)測 A 側(cè)出口 NOx濃度 80.3 mg/m3，NOx濃度最大值為134.0 mg/m3，最小值為 47.8 mg/m3。B 側(cè)出口 NOx濃度35mg/m3，NOx濃度最大值為67.2 mg/m3，最小值為16.7 mg/m3；DCS顯示A側(cè)出口NOx濃度87.8 mg/m3，B側(cè)出口NOx濃度68.3 mg/m3。

A 側(cè)反應(yīng)器出口截面 NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 27.0%，初步計(jì)算第一層催化劑入口 NH3/NO 摩爾比偏差為 8.2%；B 側(cè)反應(yīng)器出口截面 NOx 濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 39.0%，初步計(jì)算第一層催化劑入口 NH3/NO 摩爾比偏差為 5.0% 。從圖 2 可以看出，摸底試驗(yàn)表現(xiàn)出 A 側(cè)靠近中心線位置處存在單點(diǎn)過大的情況，但整體 NOx濃度分布無明顯規(guī)律。根據(jù)實(shí)測值與表盤氨氣用量，B 側(cè)由于噴氨量高于A 側(cè)，導(dǎo)致 B 側(cè)的氮氧化物較 A 側(cè)低，且 B 側(cè)由于噴氨不均，出現(xiàn)了氨逃逸超過 3 μL/L 的點(diǎn)，意味著 B側(cè)空預(yù)器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)較 A 側(cè)高，煙風(fēng)系統(tǒng)也顯示 B側(cè)空預(yù)器阻力高于 A 側(cè)約 300 Pa，反映出現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)無誤。

對比 6 號機(jī)組脫硝反應(yīng)器出口 NOx分布結(jié)果（圖 3 和圖 4）：摸底試驗(yàn)工況下 A、B 側(cè)脫硝反應(yīng)器入口 NOx分布相對偏差在 10%以內(nèi)，說明入口NOx 分布相對較為均勻。A 側(cè)噴氨量 75.6 kg/h，B側(cè) 噴 氨 量 78.1 kg/h。實(shí) 測 A 側(cè) 入 口 NOx 濃 度291.5 mg/m3，B側(cè)入口NOx濃度261.5 mg/ m3；DCS顯示A側(cè)入口NOx濃度342.5 mg/ m3，B側(cè)入口NOx濃度310.6 mg/ m3。實(shí)測 A 側(cè)出口 NOx濃度 69.4 mg/ m3，NOx濃度最大值為143.3 mg/ m3，最小值為15.1 mg/ m3。B 側(cè)出口 NOx濃度 40 mg/ m3，NOx濃度最大值為114.5 mg/ m3，最 小 值 為 15.5 mg/ m3；DCS 顯 示 A側(cè) 出 口 NOx濃 度 51.1 mg/ m3，B 側(cè) 出 口 NOx濃度42.7 mg/ m3。

A 側(cè)反應(yīng)器出口截面 NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 44.7%，初步計(jì)算第一層催化劑入口 NH3/NO 摩爾比偏差為 10.6%；B 側(cè)反應(yīng)器出口截面 NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 63.1%，初步計(jì)算第一層催化劑入口NH3/NO摩爾比偏差為9.6%。從圖3可以看出，摸底試驗(yàn)中反應(yīng)器出口整體 NOx濃度分布無明顯規(guī)律。

對比摸底試驗(yàn) 5、6 號機(jī)組的測試數(shù)據(jù)，6 號機(jī)NOx濃度分布相對偏差較小，由于兩臺爐導(dǎo)流板、噴氨系統(tǒng)設(shè)計(jì)均相同，主要在于鍋爐燃燒和噴氨支管閥門開度不一致。因此，6 號機(jī)只需對部分噴氨支管閥門開度進(jìn)行微調(diào)。由于 5 號機(jī) NOx濃度分布相 對 偏 差 較 大 ，此 次 試 驗(yàn) 重 點(diǎn) 是 對 5 號 機(jī) 進(jìn) 行調(diào)整。

1.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

在5號機(jī)組 600~680 MW穩(wěn)定負(fù)荷條件下，根據(jù)摸底測試測得 SCR 反應(yīng)器出口截面的 NOx濃度分布結(jié)果，對反應(yīng)器入口豎直煙道上噴氨格柵不同支管的手動閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)過多次調(diào)整格柵開度，兩個反應(yīng)器出口截面的NOx分布均勻性均有一定改善。為防止個別閥門開度過小導(dǎo)致流過此噴氨支管的稀釋風(fēng)量過低，噴氨優(yōu)化調(diào)整過程需要兼顧NOx均勻性和

稀釋風(fēng)量的平衡，防止一味追求NOx均勻性而導(dǎo)致噴氨支管閥門開度較小導(dǎo)致的噴嘴堵塞積灰問題。

在調(diào)整后的閥門開度下，進(jìn)行了5號爐噴氨優(yōu)化調(diào)整后的驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2所示。

2 結(jié)語

1）三個負(fù)荷下 5 號爐 A、B 側(cè)脫硝反應(yīng)器入口NOx濃度實(shí)測值基本一致，總體來說與A側(cè)的CEMS儀表指示值基本接近。但高負(fù)荷 B 側(cè)儀表顯示偏高較多。

2） 中 低 負(fù) 荷 下 5 號 爐 實(shí) 測 值 較 煙 囪 入 口CEMS 儀表顯示偏高 10~20 mg/m3，由于 NO 部分被氧化為了 NO2，導(dǎo)致煙囪入口偏低 ，基本可以接受。但高負(fù)荷下兩者相差較大，根據(jù)用氨量計(jì)算，則出口濃度基本接近脫硝反應(yīng)器出口實(shí)測值，懷疑煙囪位置表計(jì)不準(zhǔn)，熱工專業(yè)對該表進(jìn)行校準(zhǔn)后正常。

3）脫硝出口 CEMS 系統(tǒng)只有兩個采樣探頭，且均安裝在反應(yīng)器的中心線位置處，不能較好反映各位置的NOx濃度，已建議熱工專業(yè)每臺反應(yīng)器新增加兩臺采樣探頭，分別安裝在反應(yīng)器的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，與現(xiàn)有兩臺探頭采集的煙氣混合后送入 CEMS 系統(tǒng)進(jìn)行分析，目前已列入明年檢修計(jì)劃。

4）根據(jù)噴氨調(diào)整，5 號爐高中低負(fù)荷下的 NOx濃度分布偏差能維持到 20%以內(nèi)，從 NH3/NO 摩爾分布來看現(xiàn)有流場能滿足超低排放需要；但目前存在催化劑磨損現(xiàn)象，流速場可能不均勻，后續(xù)還需委托第三方對現(xiàn)有脫硝流場和氨混合系統(tǒng)進(jìn)行CFD 模擬，考察能否優(yōu)化導(dǎo)流板布置等改善磨損情況。

5）5、6 號爐目前噴氨調(diào)門自動調(diào)節(jié)品質(zhì)差，為更好的指導(dǎo)運(yùn)行，熱工專業(yè)計(jì)劃對現(xiàn)有脫硝自動控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，完善控制策略，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。

6）通過對比摸底和驗(yàn)證試驗(yàn)，通過調(diào)整，消除了氨逃逸過大的點(diǎn)，降低了空預(yù)器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。7）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)前機(jī)組 SCR 裝置的流場基本能夠滿足超低排放運(yùn)行要求，高、中、低三個負(fù)荷下的 SCR 反應(yīng)器出口 NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均能控制到 20%以內(nèi)，基本能夠滿足 50 mg/m3的運(yùn)行要求方式。但是，停爐檢查發(fā)現(xiàn)催化劑存在磨損等現(xiàn)象，故針對現(xiàn)有流場是否需要改造，仍需要鍋爐專業(yè)根據(jù)催化劑磨損程度綜合判斷，并加強(qiáng)停爐時的檢查。