摘要:在燃料種類、爐膛結(jié)構(gòu)、受熱面布置、過量空氣量、爐膛氣流分布等條件確定的情況下，控制好噴氨均勻性及氨加入量是保證出口NO濃度場均勻性、脫除率及逃逸氨的關(guān)鍵所在。以某發(fā)電廠660MW機(jī)組脫硝系統(tǒng)為研究對象，設(shè)計了1種控制氨逃逸的優(yōu)化調(diào)整方法，主要根據(jù)脫硝系統(tǒng)入、出口NO濃度分布情況調(diào)整噴氨系統(tǒng)，以使噴氨分布均勻。優(yōu)化調(diào)整后脫硝系統(tǒng)出口NO濃度場分布均勻性明顯改善，出口NO濃度偏差值降低，供氨量和出口氨逃逸平均濃度顯著下降。該方法能有效改善脫硝系統(tǒng)出口NO濃度分布，降低噴氨量和氨逃逸濃度。減小SCR脫硝工藝對空氣預(yù)熱器帶來的不利影響，在保證NO達(dá)標(biāo)排放的同時，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

引言

目前在我國大型燃煤發(fā)電機(jī)組多采用可再生容克式空氣預(yù)熱器對鍋爐供風(fēng)進(jìn)行加熱?？諝忸A(yù)熱器中、低溫段煙氣溫度低于NH4HSO4的液化溫度，在此溫度范圍內(nèi)處于液相區(qū)的NH4HSO4具有很強(qiáng)的粘附性，會迅速黏附在換熱元件表面，進(jìn)而吸附大量煙氣中的飛灰，最終導(dǎo)致飛灰大量沉積于金屬壁表面或卡在層間，使得空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)流通截面積減少，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器堵塞、腐蝕，最終導(dǎo)致空氣預(yù)熱器出現(xiàn)壓降上升，換熱效率降低等現(xiàn)象。威脅空氣預(yù)熱器的安全運(yùn)行。

在燃料種類、爐膛結(jié)構(gòu)、受熱面布置、過量空氣量、爐膛氣流分布等條件確定的情況下，控制好噴氨均勻性及氨加入量是保證出口NO濃度場均勻性、脫除率及逃逸氨的關(guān)鍵所在。噴氨量過低會影響NO的脫除率，噴氨量過大，不僅會增加運(yùn)行成本，還會影響空預(yù)器甚至除塵器安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于脫硝系統(tǒng)在線監(jiān)測點(diǎn)位往往安裝在煙道特定位置，只能監(jiān)測某一點(diǎn)位的濃度值，與實(shí)際濃度場偏差較大。因此，通過噴氨優(yōu)化試驗(yàn)，可調(diào)整脫硝系統(tǒng)氨分布，從而降低脫硝系統(tǒng)氨逃逸量，其對機(jī)組的節(jié)能、安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意思。

本文針對某發(fā)電廠660MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝系統(tǒng)運(yùn)行3年后出現(xiàn)的脫硝效率下降，空氣預(yù)熱器阻力上升，換熱效率降低等問題。對該廠脫硝系統(tǒng)NO濃度場進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)研究。

1優(yōu)化試驗(yàn)方法及條件

該廠脫硝系統(tǒng)噴氨格柵采用線性控制式噴氨技術(shù)，其特點(diǎn)是氨/空氣混合氣母管先分為6組支管，每組支管又引出3支分支沿垂直煙道方向進(jìn)入煙道，每根分支管進(jìn)入煙道不同的縱深，并設(shè)置若干個噴嘴進(jìn)行氨/空氣混合氣的噴射。每根分支管的流量可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，以匹配煙氣中NO的含量。示意圖如圖1所示。

圖1噴氨格柵示意

測點(diǎn)的布設(shè):在SCR脫硝系統(tǒng)入、出口單側(cè)水平煙道上根據(jù)噴氨格柵6組支管對應(yīng)設(shè)置6個測孔，每組噴管對應(yīng)一個測孔。由南向北分別標(biāo)記為測孔1至6。本次采用了等面積網(wǎng)格布點(diǎn)的原則，對所有測孔進(jìn)行了測試，每個測孔沿不同縱深設(shè)3個采樣點(diǎn)。

為了提高SCR脫硝系統(tǒng)出口NO濃度場均勻性降低氨逃逸量，就必須使噴入脫硝系統(tǒng)的氨氣與煙氣中的NO在脫硝反應(yīng)器內(nèi)呈對應(yīng)分布。因此需要根據(jù)NO濃度場分布情況調(diào)整各區(qū)域供氨量，提高脫硝反應(yīng)器出口NO濃度場均勻性。

濃度場均勻性調(diào)整流程如圖2所示。第一步，測量脫硝反應(yīng)器入、出口流場，NO濃度初始濃度分布并計算濃度場平均偏差;第二步，根據(jù)測試結(jié)果初步調(diào)整各區(qū)域噴氨格柵閥門開度大小;第三步，再次測量反應(yīng)器出口NO濃度場分布并計算濃度場平均偏差。如果偏差大，重復(fù)第二步和第三步;如果偏差小且排放要求，即完成NO濃度場均勻性調(diào)整工作。

圖2噴氨格柵調(diào)整流

試驗(yàn)期間機(jī)組滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，鍋爐運(yùn)行工況及燃燒煤種穩(wěn)定，A、B兩側(cè)引風(fēng)機(jī)電流、擋板開度基本穩(wěn)定，保證脫硝系統(tǒng)入口NO濃度變化在±5%范圍內(nèi)。反應(yīng)器出口NO濃度按下式計算:

式中:Ci為測點(diǎn)對應(yīng)的NO濃度，mg/m3;n為反應(yīng)器入口測點(diǎn)數(shù)量。

反應(yīng)器出口NO濃度平均偏差:

式中:η為反應(yīng)器出口的NO濃度平均偏差，%。

2 SCR系統(tǒng)出口NO濃度場均勻性研究

2.1煙氣流場均勻性測試

SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣流量和NO質(zhì)量濃度的疊加能反應(yīng)出入口的NO濃度場的分布，同時煙氣流速對脫硝反應(yīng)停留時間和催化劑的磨損都有影響。對SCR的入口流場進(jìn)行測試，結(jié)果見圖3。

圖3調(diào)整前，SCR脫硝系統(tǒng)入口流場測試

圖3為優(yōu)化調(diào)整前SCR脫硝系統(tǒng)入口水平煙道測點(diǎn)1m，2m，3m處3個不同深度的煙氣流速。從圖3可以看出，A、B側(cè)入口煙道中部位置流速相對較大，兩側(cè)流速較小，橫向流場有較小偏差，A、B側(cè)入口煙道平均偏差分別為9.14%和7.95%，煙氣流速平均可保持在20.33m/s和18.74m/s左右。煙道縱向流場基本均勻，整體分布較為均勻。

2.2優(yōu)化前SCR入、出口NO濃度場均勻性測試

噴氨優(yōu)化前SCR脫硝系統(tǒng)入口NO濃度場試驗(yàn)結(jié)果見圖4和圖5。

圖4調(diào)整前SCRA側(cè)入口NO濃度場

圖5調(diào)整前SCRB側(cè)入口NO濃度場

從圖4、5可知，在水平方向上，煙道中部NO濃度相對較高，兩側(cè)較低;在垂直方向上，不同煙道深度NO濃度變化不大。A、B兩側(cè)濃度場平均偏差分別為6.46%和8.03%。

圖6調(diào)整前SCRA側(cè)出口NO濃度場

圖7調(diào)整前SCRB側(cè)出口NO濃度場

SCR脫硝系統(tǒng)A、B側(cè)出口NO濃度場測試結(jié)果如圖6和圖7所示。SCR系統(tǒng)A、B側(cè)出口NO濃度場平均偏差分別為40.83%和26.50%。從圖6、7能明顯看出A、B兩側(cè)靠近鍋爐中心線的區(qū)域NO含量較高，表明這些區(qū)域噴氨相對較少，而遠(yuǎn)離鍋爐中心線的區(qū)域NO含量較低，表明這些區(qū)域噴氨相對過量，因此需要對噴氨系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2.3優(yōu)化后SCR系統(tǒng)出口NO濃度場均勻性結(jié)果

SCR脫硝系統(tǒng)出口NO濃度場均勻性研究結(jié)果如圖8和圖9所示。

圖8調(diào)整后SCRA側(cè)出口NO濃度場

圖9調(diào)整后SCRB側(cè)出口NO濃度場

經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后，脫硝系統(tǒng)A、B兩側(cè)靠近鍋爐中心線的區(qū)域NO含量較調(diào)整前有所降低，遠(yuǎn)離鍋爐中心線的區(qū)域NO濃度含量較調(diào)整前有所增加，脫硝系統(tǒng)A、B兩側(cè)出口NO濃度場平均偏差分別降為9.65%和8.20%，均小于10%。

2.4SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸及供氨量優(yōu)化

圖10為優(yōu)化調(diào)整前后氨逃逸濃度值變化情況。圖10中，1～6為A側(cè)煙道測點(diǎn)，7～12為B側(cè)煙道測點(diǎn)。優(yōu)化調(diào)整前脫硝系統(tǒng)A、B兩側(cè)靠近鍋爐中心線的區(qū)域逃逸氨濃度相對較低，外側(cè)區(qū)域逃逸氨濃度相對較高，濃度偏差較大，且與調(diào)整前出口NO濃度場測試結(jié)果相一致。優(yōu)化調(diào)整后脫硝系統(tǒng)A、B兩側(cè)逃逸氨濃度由2.13μL/L和2.95μL/L分別降至1.62μL/L和1.90μL/L。而優(yōu)化調(diào)整后脫硝系統(tǒng)A、B兩側(cè)供氨量也有不同程度降低，分別下降了8.3%和10.6%。氨逃逸的降低和供氨量的下降不僅對后續(xù)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行起到一定的助益作用，同時也實(shí)現(xiàn)的脫硝系統(tǒng)的節(jié)能降耗。

圖10調(diào)整前后氨逃逸濃度變化

3優(yōu)化后數(shù)據(jù)對比

從表1可見，脫硝系統(tǒng)優(yōu)化后，A、B兩側(cè)出口NO濃度場偏差分別降低31.18%和18.30%。優(yōu)化后脫硝系統(tǒng)出口NO濃度分布均勻性明顯改善，出口氨逃逸濃度大幅降低，達(dá)到了優(yōu)化預(yù)期的效果。

表1優(yōu)化后數(shù)據(jù)對比

4結(jié)語

(1)做好脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整，可最大程度減小SCR工藝對空預(yù)器及后續(xù)設(shè)備帶來的不利影響，在保證NO達(dá)標(biāo)排放的同時，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

(2)以現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對脫硝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)調(diào)整，催化劑沒有發(fā)生失效或局部活性降低的情況時，發(fā)現(xiàn)噴氨和煙道內(nèi)各處NO分布不對應(yīng)是導(dǎo)致出口NO濃度場偏差大、氨逃逸量高的主要原因。

(3)優(yōu)化調(diào)整后脫硝系統(tǒng)出口NO濃度場分布均勻性明顯改善，出口NO濃度偏差值降低，供氨量和出口氨逃逸平均濃度顯著下降。

(4)該優(yōu)化試驗(yàn)方案可為同類機(jī)組脫硝系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整提供重要依據(jù)。