电站锅炉烟气脱硝系统优化调整试验

付万兵，毛东学，马国伟

（1.中国国电集团公司宁夏分公司，宁夏银川，750002；2.国电电力酒泉发电有限公司，甘肃酒泉，735001；3.国电科学技术研究院，宁夏银川，750002）

近年来，伴随电力工业的高速发展，火电厂机组容量及数量的急剧增长使各种烟气排放物排放量与日俱增，特别是NOX所产生的污染及其影响越来越引起人们的重视［1］。目前火力发电机组基本上都是安装选择性催化还原法（selective catalytic reduction，SCR）的烟气脱硝装置来控制NOX的排放，SCR脱硝系统运行是否良好的重要依据是脱硝效率和氨逃逸率，而SCR脱硝系统出口的NOX浓度和进出口烟气流场的均匀性是这两项指标决定性的影响因素［2-3］。

1　研究现状及需要解决的问题

1.1　研究现状

某公司2号炉烟气脱硝装置采用“高含尘布置方式”的选择性催化还原法，在设计煤种、锅炉最大工况、处理100%烟气量条件下，脱硝效率不小于85%，脱硝装置出口NOx浓度不高于90 mg/Nm3（6%氧含量，干烟气），催化剂层数按“2＋1”布置。

SCR脱硝系统的主要原理是：氨气和烟气中的氮氧化物借助静力式混合器［4］充分混合，在催化剂的作用下发生氧化还原反应，将NOX最终转化为无害的N2和H2O［5-7］，具体的化学方程式为

在上述反应过程中，催化剂是最为关键的影响因素，目前电厂大多采用蜂窝式结构的催化剂，而脱硝系统在设计和选型时主要考虑的是脱除效率、烟气组分、NH3的逃逸率、烟气流速及催化剂的体积等因素［8-9］，其反应见图1。

图1　SCR反应

1.2　问题分析

（1）SCR脱硝系统左右两侧出口NOX浓度的相对偏差较大，分别为27.85%和56.14%，均不满足相对偏差小于20%的运行要求。

（2）SCR脱硝系统出口局部区域氨逃逸率较高，其附属产物硫酸氢铵在液态下具有较强的粘连性及腐蚀性，粘连空预器蓄热元件，造成空气预热器阻力逐渐升高、蓄热元件换热效率下降等问题，影响整个机组的带负荷能力［10］。

图2给出了典型的空预器压损率与氨逃逸量的关系［11］，空预器压损率是指空预器在运行一段时间后的阻力与空预器开始投运时阻力的比值。

图2　空气预热器压损与氨逃逸率的关系曲线

当氨逃逸率较高时，由于硫酸氢铵会粘连空预器蓄热元件，导致空预器的阻力异常升高。因此，通过喷氨优化调整试验。可有针对性地控制脱硝系统的氨逃逸率分布，从而对机组的安全、经济可靠运行具有重要意义［12］。

表1　脱硝出口氨逃逸测试数据

从表1可以看出，330 MW负荷下，脱硝出口各孔氨逃逸均超过3 μL/L，说明机组存在氨逃逸率严重超标的情况，需要尽快进行优化调整试验，防止氨逃逸过量造成空预器等下游设备的严重堵塞，影响机组正常运行［13］。

1.3　需要解决的问题

根据脱硝系统当前的运行现状，需要从以下几个问题入手，提高脱硝系统整体的运行性能：

（1）严格控制烟气脱硝系统左右两侧出口NOX浓度的相对偏差在设计值范围内（不大于20%）。

（2）降低氨逃逸率，不大于规定的3 μL/L。

（3）提高脱硝系统的效率，延长催化剂的使用寿命，保证脱硝系统运行的安全性和经济性。

2　脱硝系统优化调整试验

在机组330 MW负荷工况下，对该脱硝系统进、出口的NOx浓度分布进行了测试，测试结果如图3所示。

图3　330 MW负荷脱硝系统进、出口NOx浓度分布

从图3可以看出：SCR进口NOx浓度分布状况良好，左右两侧NOx平均浓度基本没有偏差，且单侧烟道NOx分布相对比较均匀；SCR出口的NOx浓度分布状况很差，左右两侧出口NOx平均浓度偏差很大，其中B侧是A侧的25.8倍，且B侧分布偏差较大，需要进行相应调整。

通过调整脱硝反应器入口喷氨格栅的手动蝶阀［14］，使脱销出口NOX浓度偏高的区域喷入较多的氨气，使氨气和NOX充分混合、反应，在保证氨气逃逸率在合格范围的前提下，降低出口的NOX浓度，满足国家大气污染物排放标准的要求；脱销出口NOX浓度偏低的区域通过关小喷氨格栅的手动蝶阀，控制氨气逃逸率，同时又节省了喷氨量，能够有效缓解空预器的堵塞趋势，使NOX浓度相对均匀地分布［15-18］。

3　效果评价

（1）优化调整后，SCR脱硝系统A、B侧出口NOx浓度相对标准偏差分别从27.85%和56.14%降低至19.07%和19.82%，均在20%以内，符合相关标准的规定。

（2）优化调整后，SCR脱硝系统A、B侧出口NH3浓度分布相对均匀，出口NH3浓度平均值由4.54 μL/L下降至2.66 μL/L；B侧出口NH3浓度平均值由 7.23 μL/L下降至 2.80 μL/L，左右两侧NH3浓度平均值均小于3 μL/L，符合SCR脱硝系统运行要求，最大值及相对偏差均大幅下降。

（3）优化调整后，脱硝系统整体的运行效率有所提高，调整前脱硝效率的平均值是81.2%，调整后提高至84.5%。NOX浓度偏差越小，催化剂的相对使用年限也会越长；脱硝系统出口NOX浓度偏差相同的前提下，脱硝效率越高，使用年限越长。按照催化剂正常使用时间24 000 h计算，本次优化调整后，可以延长约一年的催化剂更换时间，因此而带来的的直接、间接费用是150万元/年［19-20］。

4　结论

（1）SCR脱硝系统左右两侧出口的NOx浓度偏差均控制在20%以内，使催化剂的更换时间相对延长，降低了使用及维护成本，从而获得了超过150万元/年的经济效益。

（2）经过喷氨优化调整试验，脱硝系统左右两侧出口的NH3浓度平均值均小于3 μL/L，氨气量能够与烟道内烟气中NO浓度充分反应，满足系统运行设计要求的同时，又减少了硫酸氢氨的生成，从而降低了空预器堵塞的风险，使空预器清洗周期相对被延长，保证了机组安全稳定运行，降低了运行及检修成本。

（3）SCR脱硝系统出口NOx及NH3浓度分布的均匀性对SCR脱硝系统的运行起到至关重要的作用，本文对同类型SCR脱硝系统存在的类似问题有一定的参考价值。

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