某电厂SCR烟气脱硝系统氨分布均匀性试验与分析

王中伟，刘艇安，李 响，于丽新

（1.国家电投东北电力有限公司，辽宁 沈阳 110181；2.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179；3.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

某电厂SCR烟气脱硝系统氨分布均匀性试验与分析

王中伟1，刘艇安2，李 响3，于丽新2

（1.国家电投东北电力有限公司，辽宁 沈阳 110181；2.辽宁东科电力有限公司，辽宁 沈阳 110179；3.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

通过对某电厂SCR脱硝系统出入口烟气流速、NOx浓度以及氧含量等参数测试，调节喷氨量，进行氨分布均匀性试验。结果表明，该电厂SCR脱硝系统氨均布调整试验前A、B侧出口烟气中NOx浓度相对标准偏差较大，分别为80%和78%，烟气中NH3浓度分布与NOx浓度分布不匹配；氨均布调整试验后烟气中NH3浓度分布与NOx浓度分布相匹配，A、B侧烟气NOx浓度相对标准偏差较小，分别为14%和17%，脱硝效率和脱硝出口烟气中NH3浓度满足性能保证值。

脱硝系统；脱硝效率；氨浓度

近年来由于空气质量不断下降，环保部门对燃煤电厂排放标准不断提高，而烟气中NOx浓度是环保控制排放的主要指标之一。目前针对NOx浓度控制的方法主要有加设低氮燃烧器，在锅炉顶部和出口分别加设SNCR装置及SCR装置等。SCR脱硝装置具有反应温度低、反应产物清洁、脱硝效率高、布置灵活以及技术成熟等优点被广泛应用［1-2］。

在电厂实际运行过程中，由于供给氨气不纯、吹灰不及时或吹灰效果差等原因，存在管道腐蚀以及催化剂堵塞等问题，其中氨分布不均导致后果最为严重，若供给氨分布不均会使脱硝出口NOx浓度升高以及氨逃逸，从而导致NOx排放不达标以及SCR后的设备腐蚀、空预器堵塞甚至电除尘器极线结球等问题。因此对该电厂1号机组SCR烟气脱硝系统改造后进行氨分布均匀性调整和测试，以实现SCR烟气脱硝系统改造后氨分布均匀的目的。

1 试验设备及方法

1.1 锅炉

该电厂锅炉由哈尔滨锅炉厂有限责任公司设计制造，型号为HG-1165/17.5-HM3，为亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架的∏型汽包炉。锅炉以最大连续负荷（BMCR工况）为设计参数，锅炉最大连续蒸发量为1 165 t/h；机组电负荷为350MW（TRL工况）时，锅炉额定蒸发量为1 109 t/h，水压试验时水容积547 t，锅炉主要参数见表1。

表1 锅炉热力性能主要参数

1.2 SCR烟气脱硝系统

电厂现有SCR烟气脱硝反应系统由SCR催化反应器、氨气混合和喷射系统、烟气系统、蒸汽和声波吹灰系统以及SCR控制系统组成。脱硝反应器位于锅炉省煤器后空预器前，氨喷射格栅放置在SCR反应器上游的位置。烟气在锅炉出口处被平均分成两路，每路烟气并行进入1台垂直布置的SCR反应器里，即每台锅炉配有2台反应器，在反应器里烟气向下流过均流板、催化剂层，随后进入回转式空气预热器、静电除尘器、引风机和脱硫系统，最后通过烟塔合一的烟囱排入大气。

通过氨喷射器将氨喷射到反应器上游的烟道中，并使之与烟气均匀混合。然后烟气进入反应器中，并通过催化剂层，氨作为还原剂与烟气中的NOx进行反应。

SCR反应器烟气竖直向下流动，反应器进出口段设置导流板，入口处设气流均布整流装置，以达到催化剂对烟气分布、温度分布等要求。

每台反应器中的催化剂按2＋1层设计，初装2层，预留1层。催化剂为全陶瓷、整体具有活性的蜂窝式催化剂。在设计煤种及校核煤种、锅炉最大连续出力工况（BMCR）、处理100%烟气量、入口NOx浓度不大于400 mg/Nm3时，脱硝效率不小于80%（氨逃逸小于3 μL/L）。现有SCR烟气脱硝设备主要设计参数见表2。

表2 现有SCR烟气脱硝设备主要设计参数

1.3 试验仪器及方法

依据GB/T 21509—2008《燃煤烟气脱硝技术装备》、DL/T 260—2012《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》、DL/T 296—2011《火电厂烟气脱硝技术导则》，采用傅里叶变换红外光谱仪Gasmet Dx4000、烟气分析仪TSETO340、S型皮托管、热电偶对SCR出入口烟气氧量、NOx浓度、烟气温度、烟气动压等参数进行测试，见表3。

表3 试验项目及方法

1.4 试验工况和条件

经与电厂协商，1号机组SCR烟气脱硝系统氨分布均匀性试验选取在锅炉蒸发量为950 t/h的工况下进行。

试验期间，锅炉负荷应稳定在要求负荷左右，最大波动幅度不超过±5%；试验期间，燃烧煤种、煤质基本不变、燃料配比不变；试验期间，制粉系统固定运行方式，给粉均匀；甲乙侧引风机挡板开度不变，送风机可根据需要做少许调节，以保证烟气量和烟尘量均匀稳定；试验期间，锅炉不投油枪助燃，不吹灰。

1.5 计算方法

1.5.1 标准偏差

1.5.2 相对标准偏差

2 试验结果

2.1 SCR烟气脱硝系统入口流速及NOx浓度测试结果

氨均布试验调整前，需对SCR脱硝系统入口烟气流场和NOx浓度场进行标定，SCR脱硝系统入口烟气流场和NOx浓度场分布对氨均布调整具有一定的影响，因此按照网格法，将每一侧烟道划分为6×4网格，对入口烟气流场和NOx浓度场逐点进行测量。若脱硝入口某点位相应流场较大，则应考虑增加相应点位喷氨量，以保证出口NOx浓度值相对均匀。SCR烟气脱硝系统入口流速及NOx浓度测试结果见表4。

表4 入口烟气流速测试结果 m/s

从1号机组SCR烟气脱硝系统入口流速测试结果可知，A、B侧烟气流速相对标准偏差分别为13%和18%，其中B侧相对标准偏差大于GB/T 21509—2008《燃煤烟气脱硝技术装备》中规定的催化剂入口流速标准偏差小于15%的要求。

脱硝入口NOx浓度是氨均布调整参考的重要指标之一，脱硝入口 NOx浓度分布见图 1和图2。

从图1和图2可知，SCR烟气脱硝系统A侧和B侧入口NOx（标干、6%O2）浓度分布较为均匀，测试后经计算可知，脱硝入口A侧NOx（标干、6%O2）平均浓度为346 mg/Nm3，相对标准偏差为4%；B侧 NOx（标干、6%O2）平均浓度为328 mg/Nm3，相对标准偏差为3%。

2.2 氨均布调整结果

图1 SCR烟气脱硝系统入口A侧NOx浓度测试结果

图2 SCR烟气脱硝系统入口B侧NOx浓度测试结果

2.2.1 SCR烟气脱硝系统调整前出口NOx浓度

从图3和图4可知，1号机组调整前SCR烟气脱硝系统出口烟气中NOx（标干、6%O2）浓度测试结果为A、B侧烟气中NOx（标干、6%O2）浓度平均值分别为28 mg/Nm3和71 mg/Nm3。A、B侧烟气中NOx（标干、6%O2）浓度相对标准偏差分别为80%和78%，说明烟气中NH3浓度分布与NOx浓度分布不匹配。

2.2.2 SCR烟气脱硝系统调整后出口NOx浓度

图3 SCR烟气脱硝系统调整前出口A侧NOx浓度

从图5和图6可知，通过调整喷氨阀门开度以及NOx浓度测试后，1号机组SCR烟气脱硝系统出口烟气中NOx（标干、6%O2）浓度测试结果为A、B侧烟气中NOx（标干、6%O2）浓度平均值分别为20 mg/Nm3和31 mg/Nm3，平均浓度为25.5 mg/Nm3。A、B侧烟气中NOx（标干、6%O2）浓度相对标准偏差分别为14%和17%，说明烟气中NH3浓度分布与NOx浓度分布相匹配。

2.2.3 SCR烟气脱硝系统调整后脱硝效率和出口NH3浓度

图4 SCR烟气脱硝系统调整前出口B侧NOx浓度

图5 SCR烟气脱硝系统调整后出口A侧NOx浓度

图6 SCR烟气脱硝系统调整后出口B侧NOx浓度

在脱硝系统中，还原剂NH3与NO和NO2发生选择性催化还原反应，而几乎不与烟气中的O2发生反应，降低了还原剂的消耗。然而由于流场分布、喷氨量、在线仪表精度以及喷嘴堵塞等原因［3］，一部分NH3未与NOx发生反应而直接从脱硝出口排出。在脱硝后设备低温段，当烟气中SO3的环境温度低于其露点时，会与逃逸NH3发生反应生成硫酸氢氨，硫酸氢氨具有粘性且清除困难，因此常造成空预器冷端堵塞。

在氨均布调整期间，喷氨量不均或喷氨量过大会造成局部氨逃逸发生。因此，为保证脱硝效率同时避免在测试期间产生氨逃逸，在脱硝出口对NH3浓度进行测试，同时根据调整后脱硝入口 NOx浓度（原烟气）浓度和出口 NOx浓度（净烟气）测试结果对脱硝效率进行计算，计算结果见表5。

表5 调整后SCR烟气脱硝系统脱硝效率和氨逃逸结果

从表5可看出，氨均布调整后，脱硝系统A侧和B侧脱硝效率分别为94.2%和90.5%，脱硝系统脱硝效率平均值为92.5%（＞88%），满足性能保证值。脱硝出口A侧和B侧NH3浓度分别为2.02 μL/L和2.15 μL/L（＜3 μL/L），满足性能保证值。

3 结论

a.该电厂SCR脱硝系统氨均布调整试验前烟气中NH3浓度分布与NOx浓度分布不匹配，A、B侧烟气中NOx（标干、6%O2）浓度相对标准偏差分别为80%和78%，偏差较大。

b.氨均布调整试验后烟气中NH3浓度分布与NOx浓度分布相匹配。A、B侧烟气 NOx（标干、6%O2）浓度相对标准偏差分别为14%和17%，偏差较小。

c. 氨均布调整试验后，脱硝系统A侧和B侧脱硝效率分别为94.2%和90.5%（＞88%），满足性能保证值。脱硝出口A侧和B侧NH3浓度分别为2.02 μL/L和2.15 μL/L（＜3 μL/L），满足性能保证值。

［1］王 智，贾莹光，祁 宁.燃煤电站锅炉及 SCR脱硝中SO3的生成及危害 ［J］.东北电力技术，2005，26（9）：1 -3.

［2］赵宗林，闫 冰，董建勋.燃煤电站氮氧化物控制技术发展现状与国产化策略 ［J］.东北电力技术，2006，27（4）：14 -17.

［3］张志强，宋国升，陈崇明，等.某电厂600 MW机组SCR脱硝过程氨逃逸原因分析 ［J］.电力建设，2012，33（6）：67-70.

Test and Analysis of Uniforming Ammonia Distribution of SCR Fue Gas Denitrification System in Given Power Plant

WANG Zhongwei1，LIU Ting'an2，LI Xiang3，YU Lixin2
（1.Northeast Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110181，China；2.Liaoning Dongke Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110179，China；3.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

The ammonia distribution uniformity test is carried out by measuring the parameters with flow rate，NOxconcentration and oxygen content in the exit and inlet of SCR denitrification system.The result shows that the relative standard deviation of NOxconcen⁃tration in the exit of A and B side is 80%and 78%respectively，the NH3concentration distribution does not match with the distribu⁃tion of NOxconcentration in the SCR flue gas denitrification system.The NH3concentration matches with the distribution of NOxconcen⁃tration after tests，Its relative standard deviations is 14%and 17%respectively.The denitrification efficiency and NH3concentration meet the requirements of performance guaranteed value.

denitrification system；denitrification efficiency；ammonia concentration.

X701

A

1004-7913（2017）03-0024-04

王中伟（1963），男，高级工程师，主要从事火电厂环保相关设计与管理工作。

2017-01-05）