1 000 MW机组SCR脱硝系统的优化调整

2018-02-01周黎明

发电设备 2018年1期

周黎明

(神华广东国华粤电台山发电有限公司，广东台山 529228)

随着环保要求的提高，燃煤电站烟气脱硝成为中国节能减排领域一个重要课题[1]，烟气脱硝系统运行稳定性及可靠性日趋重要。

某电厂1 000 MW燃煤机组脱硝系统及空气预热器(简称空预器)、静电除尘器运行中发生一些异常情况，主要是脱硝出口NOx质量浓度与烟囱入口 NOx质量浓度的偏差较大、B侧空预器烟气压差有增大趋势、B侧电除尘一电场极板极线积灰严重导致电压电流波动等异常情况，给发电机组安全稳定运行带来较大隐患。笔者针对这些问题对脱硝系统进行了优化。

1 脱硝系统、空预器、电除尘器运行异常情况

1.1 脱硝系统

根据生产实时监控系统(PI系统)数据，在1 000 MW工况下两侧喷氨调节门开度相同的情况下，SCR 出口 NOx质量浓度与烟囱入口 NOx质量浓度的偏差较大，前者为16.53 mg/m3，后者为 57.18 mg/m3。

1.2 空预器

机组从2017年1月至5月运行期间，B侧空预器烟气压差有增大趋势。在1 000 MW工况

下，烟气侧压差由1.5 kPa逐渐增大至1.9 kPa(同工况下A侧空预器烟气侧压差为1.5 kPa)。

停机检查B空预器，内部蓄热元件有积灰情况。

1.3 静电除尘器

B侧电除尘一电场运行中电压电流波动，输灰仓泵下灰量较少。停机检查发现极板、极线积灰严重且不易清理，电场内部氨味较重。阴极线积灰严重直接影响电晕极放电，而阳极板积灰严重将导致更严重的反电晕[2]。

2 原因分析

因设备故障较多集中在B侧烟道，初步分析为B侧脱硝系统运行工况与A侧存在偏差。

为具体分析故障原因，对现场设备进行如下检查试验。

2.1 对A、B侧脱硝烟道入口、出口NOx质量浓度分布进行检查

图1、图2分别为SCR入口和出口的NOx质量浓度图。

图1 SCR入口NOx质量浓度图

图2 SCR出口NOx质量浓度图

从图1和图2可以看出：1 000 MW工况下SCR入口NOx质量浓度两侧基本是均匀的，因此，该因素不是A侧出口NOx质量浓度偏高的原因。

从试验数据得知：SCR出口NOx质量浓度存在A、B侧分布不均匀的情况(见图2)，A侧的浓度要高于B侧浓度(在700 MW工况更加明显，而且越靠近A侧的边缘NOx质量浓度越高，部分区域NOx体积分数接近80×10-6)，因SCR出口NOx测点略偏向于B侧(位于图2中横坐标值9处)，因此，在线显示的NOx质量浓度较实际出口截面的NOx质量浓度值偏低，导致在线测量值与截面测量值偏差较大。从修正后SCR出口NOx质量浓度与烟囱入口NOx质量浓度之间的偏差可以验证此结论(见表1)。

表1 1 000 MW工况脱硝性能试验结果

造成此种情况的原因为脱硝出口烟道采用单路烟气取样，烟气取样直接插入烟道内长度600 mm，由于烟道烟气流场不均匀及取样探头插入烟道内的长度较短，对于截面12 500 mm×10 400 mm的烟道取样代表性较差。

2.2 A侧SCR出口NOx质量浓度偏高原因分析

SCR设备的A、B侧催化剂同步投运，且日常运行方式基本一致，所以A、B侧催化剂的性能差异而导致的A侧SCR出口NOx质量浓度偏高的因素基本可以排除。

2.2.1 A/B侧烟气动压测量结果

在SCR出口截面上测量烟气动压，靠近A侧为A1、A2号孔，靠近B侧为B1、B2号孔，测量4个工况，动压测量结果汇总见表2。从测量结果来看，两侧动压基本接近，判断烟气量基本相同，A、B两侧动压相差过大导致NOx质量浓度偏高可排除。

表2 700 MW负荷下两侧烟气动压测量结果 Pa

2.2.2 SCR入口NOx质量浓度测量结果

由图1可知：SCR入口NOx质量浓度两侧基本是均匀的，因此，该因素不是A侧出口NOx质量浓度偏高的原因。

2.2.3 喷氨堵塞的问题

若A侧喷氨管路有明显堵塞，该侧的压力值应当比B侧略高，经观察,就地混合器上A侧压力表读数为4.5 kPa，B 侧读数为 4.5 kPa。因此，A 侧喷氨栅格有较大面积堵塞的可能性可以排除。

2.2.4 两侧喷氨量不均

排除上述因素并非影响两侧脱硝效率不均的主要原因后，着重试验并分析A、B侧喷氨量不均的问题。试验前，在两侧喷氨调节门开度相同的情况下，SCR出口NOx质量浓度与烟囱入口NOx质量浓度的偏差较大，前者为16.53 mg/m3，后者为57.18 mg/m3。

根据测量结果，将A侧调门开大至52%，将B侧调门关小至42%，调整后烟囱入口的NOx质量浓度快速下降，从50 mg/m3左右下降至20 mg/m3，而SCR出口在线NOx质量浓度变化不大，但两者之间的偏差基本消失，总的喷氨量也维持在250 m3/h。分析其原因是B侧喷氨量过大(在氨逃逸的测量中B侧的点也偏高)，关小调门后该侧的喷氨量减少对脱硝效率影响不大，而A侧由于喷氨量不足，在调门开大后，喷氨量的增加引起脱硝效率的明显上升[3]，从而整个截面的NOx质量浓度下降，烟囱入口NOx质量浓度也同步下降。虽然两侧喷氨总量没有改变，但由于B侧多余的氨在A侧得到了有效利用，从而整体的脱硝效率提高了。解体阀门后，检查发现阀门线性不佳，导致阀门开度相同、流量不同。

2.3 结果分析

(1) 现脱硝SCR出口测点测量结果不能反映烟道截面(主要是A侧)NOx质量浓度分布情况，在线测量值与截面测量值偏差较大，导致在线SCR出口NOx质量浓度值与烟囱入口NOx质量浓度值之间存在偏差。

(2) 现喷氨调节方式下(A/B侧调节阀开度相同)，进入SCR反应器的两侧实际喷氨量并不相等，对应于炉右侧的A侧喷氨量偏少，从而导致该侧SCR脱硝效率偏低、出口NOx质量浓度偏高。

(3) 由于B侧喷氨量较高，氨与NOx的分布不均匀，氨逃逸率增大，NH3与SO3易形成NH4HSO4，造成空预器堵塞或腐蚀[4]，对静电除尘器影响也较大。氨的逃逸会对后续设备造成很大的影响[5]。氨逃逸量的增加将促进NH4HSO4的形成，NH4HSO4的黏性使之易于牢固粘贴在空预器蓄热元件的表面及静电除尘器极板极线上，使空预器蓄热元件积灰[6]，压差增大，静电除尘器极板极线积灰严重导致电压电流波动。

3 脱硝系统优化调整措施

(1) 在日常运行时，可根据SCR的NOx出口测点与烟囱入口在线NOx测点之间的偏差调整A/B侧喷氨调门的开度偏差，当两者之间的偏差小于5 mg/m3，可判断两侧喷氨量已基本均匀。

(2) 由于目前SCR脱硝出口测点测量结果不能反映该截面(主要是A侧)NOx质量浓度分布情况，故采取多点取样改造措施。

在锅炉54 m脱硝SCR下方烟道烟气流场稳定区域内，设置8根d=89 mm、δ=5 mm的管道，每根管道取四个取样口，取样口大小为DN38，共计32个取样口。充分混合后的烟气汇集到1根d=108 mm、δ=5mm的母管，在母管的水平中心通过三通向下垂直引至44.8 m烟气取样平台，变径为d=273 mm管道，在d=273 mm、δ=5 mm的管道安装2只烟气取样探头，取样探头与烟气管道70°斜向下插入管道内，取样后烟气排至空预器入口烟道。

(3) 探讨在氨管路母管后A、B支管上加装氨流量测点可行性。

通过调整脱硝系统A/B侧喷氨调门的开度偏差后，两侧喷氨量已基本均匀。实施多点取样后，使脱硝出口NOx测量准确，避免了脱硝与脱硫NOx测量值偏差大，有效防止脱硝测量偏差大和脱硝自动喷氨调节无法自动控制，导致NOx超标情况，提高了系统的安全性、可靠性及准确性，改善了空气预热器积灰及静电除尘器极板极线积灰的情况。