某330 MW机组SCR脱硝系统运行优化调整试验分析

刘　义，覃泽棒

(广州粤能电力科技开发有限公司，广东 广州　510600)



某330 MW机组SCR脱硝系统运行优化调整试验分析

刘义，覃泽棒

(广州粤能电力科技开发有限公司，广东 广州510600)

通过对某330 MW机组选择性催化还原法(SCR)脱硝系统进行运行优化调整试验分析，阐述在不同负荷下的系统脱硝率、氨逃逸浓度、SO2/SO3转换率、系统入口烟气流场、系统阻力、系统温降及温度场等运行特性，为后期机组运行排放达到环保指标，提高脱硝效率并减少氨逃逸，实现对喷氨系统进行精确调整提供技术依据和必要的数据，也为其他SCR系统进行优化调整试验研究提供借鉴的思路。

脱硝系统；选择性催化还原法；运行优化调整试验；分析

0　前　言

氮氧化物(NOX)是主要的大气污染物之一，是造成区域酸雨频率居高不下的重要原因，还是生成臭氧的重要前体物之一，会产生多种二次污染物。火电厂氮氧化物排放总量大而且集中，降氮脱硝技术成熟，减排效果明显[1]。全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造，是推进煤炭清洁化利用、改善大气环境质量、缓解资源约束的重要举措[2]。为响应国家超低排放号召，减少污染物NOX对环境的影响，提供清洁能源，建设绿色环保电厂，改善大气环境质量，广东省已在2012年年底前完成了珠江三角洲地区内300 MW以上燃煤机组降氮脱硝工程改造，即低氮燃烧技术(low NOXburner,LNB)+选择性催化还原法(selection catalytic reduction,SCR)。其中选择性催化还原法(SCR)是一种干法脱硝方法，反应的基本原理是：

1　系统简介

某电厂4号机组采用上海锅炉厂生产的300 MW亚临界锅炉，一次中间再热控制循环汽包炉，四角切圆燃烧，固态排渣，平衡通风，全钢构架，露天布置。由于电厂前期进行增容改造，机组容量达到330 MW，因此本工程脱硝系统规模按330 MW考虑，采用选择性催化还原法(SCR)。

图1　脱硝系统工艺流程示意图

SCR系统设备安装在锅炉省煤器出口至空预器入口的烟道之间，反应区全套SCR装置和氨区公用系统由东方电气集团东方锅炉股份有限公司设计及提供。催化剂层数按2+1模式布置，初装2层预留1层，在设计煤种及校核煤种、锅炉最大连续出力工况、处理100%烟气量、SCR入口烟气氮氧化物浓度600 mg/Nm3，在布置2层催化剂条件下脱硝效率≥80%，布置单层催化剂条件下每套脱硝系统设备脱硝效率均不小于50%。催化剂采用蜂窝式催化剂，主要活性成分为TiO2、V2O5及WO3，还原剂采用液氨。系统工艺流程如图1所示。

图2　氨格栅手动门调整度曲线

2　优化调整试验分析

鉴于烟气脱硝装置的催化剂需要高额的费用，并且催化剂使用寿命短[3]，为提高催化剂寿命，降低锅炉引风机电耗，既保障机组排放达到环保指标，又保证机组的安全、稳定、经济运行，通过对SCR系统脱硝率、氨逃逸浓度、SO2/SO3转换率、系统入口烟气流场、系统阻力、系统温降及温度场等的优化调整与分析，研究其对系统运行的影响，为锅炉脱硝装置的安全运行提供技术依据和必要的数据，实现后期在运行过程中对SCR喷氨系统进行精确调整，建立与NOX的浓度分布场相一致的NH3的喷入剂量，从而保证在SCR烟气脱硝系统的每个区域NOX与NH3化学当量匹配，避免出现NH3不足或过剩的局部区域，进而提高脱硝效率并减少氨逃逸。

2.1脱硝出口均匀性调整试验

经测试B侧脱硝出口浓度较为均匀，因此未对B侧喷氨格栅控制手动门进行调整，仅对A侧喷氨格栅控制手动门进行了调整，保障调整后出口NOX浓度偏差控制在10%以内。A侧上下喷氨格栅手动门调整结果如图2 a)、图2 b)所示。建议后期在机组停机检修期间对喷氨格栅进行堵塞检查，以保证喷氨均匀性，避免因个别格栅堵塞造成喷氨不均。

2.2氨逃逸浓度分析

310 MW、250 MW、200 MW SCR反应器A、B侧的氨逃逸浓度为3.03 ppm/3.02 ppm、2.64 ppm/1.22 ppm、1.23 ppm/0.82 ppm，如图3所示。由图3可知，在310 MW负荷下SCR系统氨逃逸较高，超出3 ppm的设计保证值； A侧表盘氨逃逸测点测量值较为准确，可以作为日常运行参考。

图3　不同负荷下氨逃逸浓度曲线

图4　不同负荷下SO2/SO3转化率曲线

建议日常运行期间适当降低喷氨量，使得能够保证机组排放环保指标的同时，减少氨逃逸量，保证机组运行安全。

2.3SO2/SO3转化率分析

在310 MW、250 MW、200 MW负荷下SCR反应器的SO2/SO3转化率分别为0.56%、0.2%和0.12%，如图4所示。由图可知，在3个不同负荷工况下，SO2/SO3转化率均小于1%的转化标准，说明目前机组SO2/SO3转化率指标良好。

2.4SCR系统入口烟气流场分析

分别在310 MW、250 MW、200 MW电负荷下测量脱硝系统入口烟气流场。流场测量结果如图5至图7所示(说明：图5～图7中，烟道点分布指SCR系统入口沿基建端向扩建端方向所选取的测量代表点；系列1～系列6指每个代表点沿烟道纵深方向采用网格法等截面划分后所选取的测量测点)，由图可知：310 MW、250 MW、200 MW负荷下系统入口烟气流场稳定，在200 MW负荷下呈现基建端向扩建端流速逐渐增大的趋势，而在250 MW以上负荷呈现烟道中部流速高，两侧流速低的特点。

2.5SCR系统阻力分析

由图8 a)、图8 b)可知，310 MW、250 MW、200 MW负荷下SCR系统烟气A、B侧阻力分别为267 Pa/296 Pa、209 Pa/268 Pa、121 Pa/104 Pa，说明系统阻力虽随机组负荷升高逐步增大，但目前仍满足不大于760 Pa的设计保证值。

2.6SCR系统温降及温度场分析

图5　200 MW工况下SCR系统入口烟气流场

图6　250 MW工况下SCR系统入口烟气流场

图7　310 MW工况下SCR系统入口烟气流场

图8　SCR系统阻力曲线

图9　脱硝系统温度曲线

图10　实测脱硝效率与表盘效率对比

分别在310 MW、250 MW、200 MW电负荷下测量脱硝系统出入口温度场及脱硝系统温降。系统出入口温度场及系统温降如图9 a)、图9 b)所示。

由图可知，在310 MW、250 MW、200 MW负荷下SCR系统烟气A、B侧温降分别为9.2℃/11.7℃；8.0℃/5.4℃；1.7℃/1.3℃；各负荷下烟气温度场稳定，各负荷下SCR系统进出口温度场分布均匀。

2.7脱硝效率分析

分别在310 MW、250 MW、200 MW电负荷下，测量SCR反应器进、出口烟气的NOX浓度和O2含量，并折算至6%氧量下计算出脱硝效率，与表盘效率进行对比，如图10所示。

由图10可知，在310 MW、250 MW、200 MW工况下实测A、B侧脱硝效率分别为83.02%/85.61%、86.47%/85.50%、86.37%/85.75%；与表盘效率偏差分别为6.38%/4.39%、2.83%/4.70%、2.93%/1.85%。经对现场实测出入口浓度与表盘值进行对比分析，造成在250 MW以上负荷时实测脱硝效率比表盘脱硝效率低5%左右的原因是脱硝出口A、B侧比实测NOx与表盘值小约20 mg/m3；但脱硝入口A、B侧实测NOx与表盘值偏差不大，因此建议对SCR系统出口NOX在线测量仪表进行重新标定。

3　结　语

根据《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》要求，东部地区现役300 MW及以上公用燃煤发电机组、100 MW及以上自备燃煤发电机组以及其他有条件的燃煤发电机组，改造后大气污染物排放浓度基本达到在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50 mg/m3。面对越来越严格的环保要求，全广东省乃至全国的火电厂都必须对其自身的NOX排放浓度进行控制。SCR系统的安全、稳定、高效、经济运行也显得尤为重要，对SCR系统运行优化调整试验进行的研究分析，可作为SCR系统日常运行的理论依据，也为其他SCR系统进行优化调整试验研究提供借鉴的思路。

[1]广东省火电厂降氮脱硝工程实施方案(粤环[2011]3号)[Z].

[2]全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案(环发[2015]164号)[Z].

[3]郝莉丽.600MW超超临界锅炉设计探讨[J]．电站系统工程，2007，23(1)：13-17.

The results of operation optimization adjustment test of SCR denitrification system in a 330 MW unit are analyzed, and the operating parameters such as denitrification efficiency, ammonia loss ratio, SO2/SO3 transfer ratio, system resistance, system temperature drop and temperature field under different operating loads are described. Based on the study, the relevant technical basis and necessary parameters are obtained to achieve the environmental protection index for unit emission, improve denitrification efficiency, realize more precise adjustment to ammonia injection system and decrease the ammonia loss ratio, which provides a reference for further research on optimization adjustment test of SCR system.

denitrification system; selection catalytic reduction (SCR); operation optimization adjustment test; analysis

TM621.9

B

1003-6954(2016)04-0084-04

2016-05-16)

刘义(1980)，工程师，从事电站锅炉试验与调试及管理工作;

覃泽棒(1979)，工程师，从事电站锅炉试验与调试的相关工作。