燃煤电厂脱硝设施性能诊断及策略研究

张涛

摘 要：我国燃煤机组负荷变化频繁，许多火电机组参与电网调峰，尤其调峰频繁，甚至深度调峰的机组负荷变化范围更大，调峰频率次更多，导致脱硝设施投运率低。此外，温度场、速度场、浓度场等流场不均导致区域温度、流速、浓度多维度场不均匀，导致脱硝设施性能差也是普遍存在的问题。

关键词：燃煤电厂;脱硝;性能诊断;策略

1 引言

面对超低排放全面推进、排污许可制度实施等严峻形势，燃煤电厂应将脱硝设施纳入主设备管理体系，注重与制粉系统、锅炉系统协同优化，为脱硝设施安全稳定经济运行创造良好入口边界条件;加强催化剂全寿命管理，建立催化剂大数据库;定期开展冷热态流场均布试验和催化剂周期检测;运行好脱硝设施，为确保燃煤烟气稳定经济超低排放，实现煤炭清洁高效利用提供强有力支持。

2 燃煤电厂脱硝设施性能诊断及策略

2.1針对W火焰炉或对冲炉，脱硝设施入口NOx浓度高，净烟气NOx超低排放策略

采用SNCR+SCR组合技术，在锅炉出口合适位置，将尿素溶液喷入烟气，在合适的温度窗口条件下，尿素溶液在高温下分解产生氨气，一方面，将锅炉烟气中NOx部分非催化还原;另一方面，未参与反应的氨气与烟气混合后，进入脱硝设施，在催化剂作用下，与NOx进行还原反应。加强燃煤煤质管控和燃烧优化调整，注重制粉系统、燃烧系统和脱硝系统协同优化调整，使得锅炉出口NOx浓度满足设计要求，减轻燃煤电厂脱硝系统压力。采用组合技术需重点关注两个问题：一是SNCR脱硝效率低;二是产生的氨与烟气混合不均匀，进入SCR脱硝系统反应时易造成氨逃逸严重。

2.2 针对脱硝设施喷氨优化调整策略

脱硝设施冷态调整策略在脱硝流场均布优化调整过程中，冷态调整是优化调节的基础。一是通过CFD模拟，全面摸清现有脱硝设施流场分布情况，合理设置和优化导流板位置和数量，提高烟气流场分布均匀性。二是加强脱硝催化剂全寿命管理。对新更换和现役催化剂状态进行跟踪和监督;定期开展脱硝催化剂周期检测，重点关注碱金属、砷元素等微量元素中毒情况，避免其带病运行、低效运行。

脱硝热态调整策略为有效解决喷氨不均引起氨逃逸、SCR反应器出口与烟囱入口NOx存在浓度偏差等问题，要对脱硝喷氨进行热态优化调整。采用网格状多点在线监测及取样系统，可实现对烟气脱硝反应器断面温度场、流速速度场、NOx浓度场的有效实时监控，利于实时调整机组及脱硝系统运行，与烟囱入口NOx浓度场进行对比，并针对性对喷氨支管进行优化调整，通过性能测试评价热态调整策略可靠性和稳定性。

目前，多数脱硝反应器前后NOx浓度均为单点测量，不具有代表性。在准确测量烟气流量的基础上，通过喷氨优化改造，大幅降低氨逃逸，确保脱硝设施安全、稳定、达标、经济运行。

（1）烟气流量测量准确度高。采用流量矩阵式测量法在线测量，将烟道截面分成等面积区域，通过测量差压大小，转化为该区域流量，相比于该区域管内气流动压值，烟气流量测量装置产生的压差放大倍数较大，测量准确度高。

（2）根据矩阵式测量法所测流量，对喷氨系统进行优化改造，针对性控制对应矩阵区域内的喷氨流量，使得氨氮混合均匀，反应充分，大大降低了氨逃逸，降低后续设备堵塞、腐蚀几率，确保了机组稳定、可靠、达标运行。

（3）压差变送器的压差信号转换成4～20mA信号接入自动控制系统后反馈至喷氨系统，通过喷氨管道主调和辅调相结合，既提高了喷氨均匀性，又减少氨的无效喷入，节省运行费用。

2.3催化剂孔道堵灰问题

因煤质和燃烧方面的原因，部分电厂烟气中粉尘含量高，大颗粒灰特别是“爆米花灰”，多形成于锅炉受热面表面，较难通过烟道的扩展降低收留等手段使其沉降。一旦被烟气携带到催化剂表面可导致催化剂堵塞，减弱脱硝设施脱硝能力。在脱硝系统入口烟道合适位置，安装大颗粒灰拦截网，去除烟气中携带的大颗粒飞灰，同时采用压缩空气吹灰，很大程度上避免了催化剂孔道堵塞，提高了脱硝设施的脱硝性能。

3 总结

为满足燃煤烟气超低排放要求，燃煤电厂脱硝设施均进行了扩容改造或者更换催化剂。随着燃煤电厂排污许可制度的实施，对脱硝设施稳定、达标运行提出更高的要求。超低排放改造后，一些电厂NOx排放未达到预期目标。为解决此类问题，以某330MW超低排放机组为例，对运行了15500h的烟气脱硝装置进行现场勘查、运行资料收集，并对运行催化剂进行取样检测，逐一排查NOx超标排放的原因。研究结果表明：SCR脱硝系统设计裕量低，催化剂主活性成分V2O5含量偏低，催化剂微孔数与活性点位数减少导致脱硝效率下降，加之反应器入口NOx浓度偏高、负荷变化频繁、喷氨响应不及时，造成SCR脱硝装置出口NOx浓度超过50mg/m3。建议加强锅炉优化运行，尽量避免入口NOx浓度大幅度波动，提高喷氨响应速度，并应新增1层催化剂，将现有2层催化剂进行再生，以确保NOx排放浓度稳定达标。

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