600 MW燃煤机组SCR装置喷氨优化调整试验研究

郝功涛，廉珂，姜佳旭，朱跃

(华电电力科学研究院，杭州 310030)

600 MW燃煤机组SCR装置喷氨优化调整试验研究

郝功涛，廉珂，姜佳旭，朱跃

(华电电力科学研究院，杭州 310030)

以某电厂600 MW燃煤机组脱硝工程为例，介绍了氨逃逸的危害、选择性催化还原技术(SCR)装置喷氨优化试验的判断依据以及喷氨优化调整试验的思路、流程及方法。通过喷氨优化调整试验，SCR装置A侧和B侧出口NOx质量浓度分布相对标准偏差由60.8%和28.9%分别降至13.5%和8.8%，氨逃逸质量浓度分别降低了63.4%和53.8%。反应器出口NOx质量浓度分布均匀性得到明显改善，同时氨逃逸质量浓度也得到了控制，提高了机组运行的安全经济性。

烟气脱硝；SCR；氨逃逸；喷氨优化调整

0 引言

2014年9月，国家发改委、环保部及能源局联合印发了关于《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》的通知，NOx质量浓度排放限值由原先的100.00 mg/m3(标态、干基、6% O2，下同)降为50.00 mg/m3。由于选择性催化还原技术(SCR)装置具有较高的脱硝效率，目前国内装备SCR装置的电厂约占火电总装机容量的95%[1]。在实际运行过程中受锅炉燃烧工况、喷氨格栅和氨/空气混合系统结构设计、烟道流场均匀性、催化剂种类和性能等因素影响，普遍存在SCR反应器出口NOx质量浓度分布均匀性较差、局部氨逃逸过高和空气预热器(以下简称空预器)堵塞等严重问题。运行人员一般根据在线氮氧化物监测值调节喷氨量，来满足达标排放要求。因此，定期开展喷氨优化调整试验，寻找SCR装置喷氨量、NOx和氨逃逸质量浓度之间的最佳对应关系，对提高机组运行可靠性和经济性具有重要意义。

1 氨逃逸的危害及其应对措施

SCR装置实际运行过程中受烟道流场不均匀、催化剂性能减退、吹灰不及时、喷嘴堵塞、氨/空气混合不均匀、NH3/NOx摩尔比不均匀等因素影响，在保证脱硝效率的前提下会造成氨逃逸超标现象。对于大型燃煤发电机组，当SCR装置氨逃逸质量浓度大于3.79 mg/m3时，能感觉明显异味，特别是北方寒冷地区全封闭式SCR装置，当氨逃逸质量浓度大于18.97 mg/m3时，会造成严重人身伤害[2]。根据国外电厂运行经验，约20%的氨逃逸会与烟气中的SO3作用产生NH4HSO4(ABS)，且ABS的熔点为147 ℃，在低温下以液滴形式分散于烟气中，容易造成下游空预器冷端设备腐蚀和堵塞，影响锅炉的安全、经济运行[3]。此外，NH3还可能与烟气中的含氯物质反应生成氯化铵，产生烟羽现象。

常见的氨逃逸控制手段主要有：更换失活催化剂、优化反应器入口烟气流场、喷氨格栅(AIG)优化调整和反应器内部清灰等。对于现役的SCR烟气脱硝系统，在系统设备和系统布置无法改变时，通过AIG优化调整，能够改善NH3/NOx摩尔比分布均匀性，降低氨逃逸质量浓度，提高脱硝效率。

2 SCR装置喷氨优化调整试验

当实际运行过程中，出现SCR反应器出口NOx质量浓度分布偏差较大、与烟囱入口NOx质量浓度偏差大于15.00～20.00 mg/m3、空预器的阻力明显高于正常值、飞灰及脱硫浆液中氨含量较高等情况时，需考虑进行喷氨优化调整试验。使SCR反应器出口NOx质量浓度偏差系数(CV)控制在20%以内[4-6]。

2.1 设备概况

某电厂2×600 MW超临界凝汽机组，SCR装置采用高温高尘布置方式，每台锅炉配备2个SCR反应器，催化剂采用“2+1”模式布置。设计条件下SCR反应器入口NOx质量浓度为500.00 mg/m3，加装第三层预留层催化剂后，脱硝效率不低于90%，氨逃逸不大于2.28 mg/m3，SCR反应器装置入口设计参数详见表1。

表1 SCR反应器入口设计参数

SCR反应器出口采用单点抽样监测方式，且使用抽取法测量NOx质量浓度时，普遍存在信号传输滞后现象。烟气排放连续监测系统表盘数据不能完全反映整个烟道的截面处NOx和氨逃逸质量浓度，SCR装置在运行过程中根据单点监测结果进行自动调节。

2.2 喷氨格栅简介

该SCR装置采用分区控制式喷射格栅喷氨技术，将烟道截面沿宽度方向划分成7个大控制区域，如图1所示。每个大控制区域沿烟道深度方向分成3个子控制区域，一个反应器共21个子控制区域，每个子控制区域有4个喷嘴。每个子控制区域中对应一根喷氨支管。单个反应器共21根喷氨支管，每根支管上配置1个节流阀，通过调整21个节流阀的开度来调节每根支管的喷氨量。

图1 喷氨格栅喷嘴和喷氨节流阀布置

2.3 调整方法

喷氨格栅的优化调整试验选择在锅炉常规负荷(480 MW)，NH3/NOx摩尔比在设计值的运行条件下进行。试验期间要求煤质稳定，负荷及配风方式保持稳定，SCR反应器入口NOx质量浓度稳定；尽量避免蒸汽吹灰。喷氨优化调整具体试验方法如图2所示。

图2 SCR装置喷氨优化调整试验方法

首先对SCR反应器入口NOx质量浓度、烟气流速及温度分布进行摸底试验，查清喷氨格栅各阀门初始开度及其调节特性。然后测量SCR反应器出口NOx质量浓度及氨逃逸质量浓度分布。根据常规工况的摸底试验结果，调整各喷氨格栅支管的喷氨量。首先适当调高NOx较高的区域的喷氨量，减小NOx较低区域的喷氨量，调整后重新测量SCR反应器出口的氮氧化物分布。优化试验是逐步进行的，需要进行多次调整，直至调整合格。试验过程中不宜进行大幅度的调整，应选择2～3个点进行小幅调整，掌握具体反应器的特征后再逐步调整，每次调整应记录被调阀门的原始位置及调整幅度，最终达到“削峰填谷”的效果。

为了能准确地反映反应器进、出口截面的NOx质量浓度分布情况，分别在反应器A，B侧烟道截面处设置7×5个测点。试验使用德国罗斯蒙特NGA2000型便携式红外烟气分析仪及烟气预处理装置网格法测量NOx质量浓度和O2体积分数；烟气流速采用S型皮托管和电子微压计进行测量；采用标准化学溶液法采集氨逃逸样品，使用靛酚蓝分光光度法在12 h内完成样品分析。

3 AIG优化调整试验结果与分析

3.1 SCR反应器入口NOx质量浓度分布情况

SCR反应器A至B侧方向的测孔位置依次编号为A1，A2…A7，B7，B6…B1，每个测点取5个不同深度，依次为P1，P2，P3，P4，P5。为了更好地对喷氨量作出精细化调整，试验前对脱硝反应器入口NOx质量浓度分布情况进行了摸底测试，试验结果如图3所示。

在常规运行负荷下，SCR反应器A侧入口NOx质量浓度平均值为491.00 mg/m3，NOx质量浓度分布相对标准偏差为3.1%；SCR反应器B侧入口NOx质量浓度平均值为507.00 mg/m3，NOx质量浓度分布相对标准偏差为3.0%。SCR反应器入口NOx质量浓度接近设计值500.00 mg/m3，且NOx质量浓度分布均匀性较好。

图3 SCR反应器入口NOx质量浓度分布(截图)

3.2 优化调整前SCR反应器出口NOx质量浓度分布情况

在常规运行负荷下，喷氨优化调整试验前SCR反应器出口NOx质量浓度分布情况如图4所示。

图4 喷氨优化调整前SCR反应器出口NOx质量浓度分布(截图)

由图4可看出，SCR反应器A侧出口沿反应器外侧至锅炉中心线方向，NOx质量浓度分布明显呈两侧偏低中间偏高现象，特别是靠近锅炉中心线一侧NOx质量浓度明显处于异常较低水平。A侧反应器出口截面NOx质量浓度最大值为67.00 mg/m3，最小值为7.00 mg/m3，平均水平为33.00 mg/m3，NOx质量浓度分布相对标准偏差为60.8%。

B侧出口沿反应器外侧至锅炉中心线，NOx质量浓度分布呈两侧偏高中间偏低分布特点。B侧反应器出口截面NOx质量浓度最大值为64.00 mg/m3，最小值为21.00 mg/m3，平均水平为40.00 mg/m3，NOx质量浓度分布相对标准偏差为28.9%。

与A侧相比，B侧反应器出口均匀性较好。但SCR反应器出口A，B两侧NOx质量浓度分布相对标准偏差均大于20.0%，有必要进行喷氨格栅的优化调整试验。

3.3 优化调整后SCR反应器出口NOx质量浓度分布情况

根据SCR反应器出口NOx分布及氨逃逸摸底测试结果，合理调节脱硝反应器A，B两侧各喷氨格栅支管阀门开度，以期达到出口截面NOx质量浓度分布相对标准偏差控制在20%以内的目标。

经过数轮喷氨优化调整后，反应器出口截面NOx质量浓度较高的区域有所降低，NOx质量浓度较低的区域有所提高，达到了“削峰填谷”的效果。喷氨优化调整试验后的NOx质量浓度分布情况如图5所示。

由图5可看出，在机组常规负荷运行、SCR反应器入口NOx质量浓度分布较为均匀的情况下，经数轮喷氨优化调整，反应器出口NOx质量浓度分布均匀性得到明显改善。SCR反应器A侧和B侧出口NOx质量浓度分布相对标准偏差由调整前的60.8%和28.9%，分别降至13.5%和8.8%。

为进一步验证喷氨优化调整的结果，对SCR反应器两侧出口共10个测孔的氨逃逸进行了测试，调整前后各测孔平均氨逃逸质量浓度试验结果如图6所示。SCR反应器A侧和B侧出口氨逃逸质量浓度平均值由调整前的5.54 mg/m3和4.31 mg/m3分别下降至2.03 mg/m3和1.99 mg/m3，A侧和B侧SCR反应器出口氨逃逸质量浓度分别降低了63.4%和53.8%。

经数轮喷氨优化调整试验后，虽然个别测点平均氨逃逸率仍然有波动，但是相比优化调整前，SCR反应器A侧和B侧出口氨逃逸质量浓度平均水平显著降低，特别是A侧氨逃逸质量浓度降低更为明显。

图6 喷氨优化调整前后SCR反应器出口氨逃逸质量浓度分布(截图)

4 结论

(1)经喷氨优化调整，SCR反应器出口A侧和B侧NOx质量浓度分布相对标准偏差由60.8%和28.9%，分别降至13.5%和8.8%。氨逃逸质量浓度分别降低了63.4%和53.8%。反应器出口NOx质量浓度分布均匀性得到明显改善，同时氨逃逸质量浓度也得到了控制。

(2)由于氨逃逸在线连续监测数据与实际情况偏差较大，建议密切关注空预器差压，定期进行氨逃逸测试，由飞灰中氨含量辅助推断氨逃逸状况。

(3)停机检修期间对脱硝催化剂层进行严格检查，观察其堵塞与磨损状况，并进行必要的处理。

(4)鉴于影响脱硝效率的因素比较复杂，及催化剂问题具有隐蔽性，建议根据实际运行情况，定期进行氨逃逸质量浓度和脱硝效率联合优化调整试验工作。

[1]TIAN H,LIU K,HAO J,et al.Nitrogen oxides emissions from thermal power plants in china current status and future predictions[J].Environ Sci Technol,2013,47(19):11350-11357.

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[6]方朝君,金理鹏,余美玲.SCR脱硝喷氨优化与运行控制研究[J].电力科技与环保，2015,31(6):39-42.

(本文责编：刘炳锋)

2017-05-24；

2017-06-27

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1674-1951(2017)07-0073-04

郝功涛(1987—)，男，山西孝义人，工程师，工学硕士，从事火电行业锅炉及环保技术研究工作(E-mail:gongtao-hao @chder.com)。