某300MW机组脱硝系统全断面采样装置及精度喷氨控制技术改造方案探讨

薛方明

(华电电力科学研究院有限公司北京分院，北京 100160)

超低负荷下，烟气流场分布更为不均匀，虽然SCR系统有导流板调整流场均匀性，但效果并不明显[1-2]。流场的不均匀就意味着烟气浓度场的不均匀性增大，在这种恶劣情况下若简单的采用NOX浓度检测来控制喷氨量，势必会导致氨逃逸不均匀性增大。此时如果没有精确的氨逃逸测量技术做支持，会加剧硫酸氢铵的生成，对机组的安全运行造成长期的影响。

通过在脱硝反应器入口、出口加装喷氨均匀性全断面烟气采样装置，实时监测运行期间脱硝反应器入口全断面流速流场，脱硝反应器出口全断面NOX浓度场，可实时评估运行中脱硝SCR反应器每个催化剂模块的脱硝效率、脱硝反应器入口烟气流速场偏差、脱硝反应器断面NOX浓度分布，利用NOX浓度分布状况，结合流速场偏差，进行脱硝喷氨调整优化，从而实现喷氨调节的分区精准控制，减少氨逃逸率，减少系统喷氨量，减少催化剂堵塞和空预器堵塞现象，实现节能减排环保，有利于机组的安全、稳定、经济、环保运行。

1 技术改造目的、改造及试验方案

脱硝反应器全断面采样装置及精度喷氨控制技术改造技术目的主要有以下5点：(1)脱硝反应器入口全断面烟气流场偏差监测及分析评估；(2)脱硝反应器出口全断面烟气NOX浓度分布监测；(3)脱硝反应器精确喷氨调整试验；(4)催化剂模块动态脱硝效率监测；(5)合理控制喷氨量，减少空预器腐蚀堵塞，达到节能效果。

改造及试验方案如下：(1)脱硝反应器第一层催化剂上部布置一套均匀性全断面烟气采样装置，根据机组反应器空间状况，一般采用侧墙布置；(2)脱硝反应器第三层催化剂下部布置一套均匀性全断面烟气采样装置，根据机组反应器空间状况，一般采用侧墙布置；(3)选择机组典型性负荷、脱硝运行特殊工况，进行脱硝反应器入口断面烟气流场偏差分布监测，出具脱硝反应器烟气流速流场偏差分析评估报告；(4)选择机组典型性负荷、脱硝运行特殊工况，进行脱硝反应器出口全断面NOX浓度场，尤其是每各分区催化剂模块的脱硝性能；(5)根据脱硝反应器出口全断面NOX浓度分布、结合入口烟气流场及NOX监测状况，分区调节反应器入口喷氨小门，进行精确喷氨调整试验，精确调整整台反应器各个分区喷氨手动阀；(6)不同催化剂模块运行状态下动态脱硝效率分析试验。

2 装备配置及布置示意

脱硝反应器全断面采样装置及精度喷氨控制技术改造供货范围见表1(单台机组配备情况)。

表1 技术改造供货范围

脱硝反应器全断面采样装置布置见图1。

图1 脱硝采样装置安装位置示意图

3 预期效果

(1)整台反应器入口断面网格化均匀补点，反应器入口全断面烟气流场监测覆盖率100%。

(2)依据脱硝反应器催化剂模块布置状况，反应器出口断面网格化均匀布点，出全断面烟气NOX浓度监测覆盖率100%。

(3)通过精确分区喷氨调整试验，反应器出口全断面NOX浓度分区偏差率小于10%。

(4)空预器和催化剂层堵塞状况明显减少，SCR反应器和空预器阻力改善明显，空预器压差下降，提升锅炉效率。

(5)同等工况负荷下，脱硝喷氨量明显减少，喷氨总量下降不小于10%。

(6)同等工况负荷下，氨逃逸率下降不小于10%。

4 经济效益分析

(1)节约液氨使用成本。脱硝机组断面NOX浓度不均匀度(浓度相对标准偏差)一般大于50%，加装脱硝喷氨全断面采样装置后，可实时监测脱硝催化剂层脱硝效率，依据烟气断面各区域NOX的浓度，实现喷氨的精细化调整，可将脱硝出口断面NOX浓度不均匀度降低到10%以内，提高喷氨脱硝的有效性，从而大大减少喷氨损失。按利用小时数4300 h、装机容量300MW、液氨2600元/t和提高喷氨效率10%计算，单台机组每年可节约液氨约150 t，折合人民币约20万元。

(2)减少催化剂和空预器堵塞，降低供电煤耗。由于喷氨的精细化调整，提高了喷氨脱硝的效率，在保持脱硝效率一定的条件下，降低了整体喷氨用量，避免了无效喷氨，降低了氨逃逸浓度，有效减少了催化剂层堵塞和空预器堵塞现象，大大降低机组运行阻力。按利用小时数4300 h、装机容量300 MW、标煤单价700 元/t、降低供电煤耗0.15 g/kWh、年发电量31亿千瓦时计算，年节标煤约465 t，折合人民币约18万。

(3)延长催化剂使用寿命，精准更换催化剂，避免催化剂模块的无效更换。在运行状态下对催化剂模块精准体检，从而快速掌握整个催化剂层的运行状况，结合等级检修情况精准更换失效催化剂模块，减少催化剂损失。保守估计按每年节约催化剂模块15 m3算，催化剂模块1.7万元/m3算，折合人民币约26万元。

(4)减少空预器清洗工作频次，减少安全风险。脱硝机组喷氨不均导致的氨逃逸，是空预器冷端飞灰堵塞的主要原因，全断面采样装置的应用，可有效减少空预器清洗冲洗工作频次，减少空预器高压人工清洗带来的安全风险。以单台机组年减少空预器清洗1次，清洗费用10万/台次计，年节约费用10万元。

(5)改善空预器漏风。氨逃逸率的大大减少，降低了空预器堵塞风险，脱硝系统烟气阻力减小，导致空预器预热端压差下降，进而减小空预器漏风率，提高锅炉热一次风和热二次风风温，提升锅炉热效率。

综上所述，加装脱硝喷氨全断面采样装置后，可实时评估催化剂层断面喷氨均匀性分布，在线监测催化剂模块的脱硝效率，实现喷氨的精准控制，从而节约液氨成本、减少催化剂和空预器堵塞、延长催化剂模块使用寿命，每年可累计产生经济效益约80万元。除此之外，还能减少空预器及整个烟道系统的腐蚀，延长设备使用寿命，同时减少催化剂模块检修项目的检修工期。