火电厂SCR脱硝系统喷氨优化调整

何陆灿，葛 铭，陈国庆，戴维葆

（国电南京电力试验研究有限公司，江苏 南京 210023）

选择性催化还原（SCR）技术以其脱硝率高、结构简单以及二次污染低等优点，在国内外燃煤电厂中得到广泛应用[1-4]。但是，由于脱硝系统基建完成后或者长时间喷氨格栅手动调节蝶阀未能进行有效调整和喷氨格栅部分堵塞等原因，出现了脱硝反应器内局部氨氮摩尔比不合格，导致脱硝出口NOx质量浓度分布均匀性较差、局部氨逃逸体积比大等问题，直接影响脱硝装置安全经济运行以及NOx达标排放，有的甚至会出现硫酸氢铵堵塞空气预热器等严重后果[5-9]。因此，需进行喷氨优化调整以缓解上述问题。本文基于某旋流燃烧锅炉的实例，详细介绍了火电厂SCR 脱硝系统喷氨优化调整过程，以期有效提高脱硝出口氮氧化物均匀性，降低氨逃逸体积比。

1 研究对象及调整过程

1.1 研究对象

某电厂锅炉为东方锅炉厂股份有限公司生产的超超临界660 MW 机组锅炉，采用П型炉、单炉膛、对冲燃烧、烟气调节挡板调温方式。该锅炉配套的SCR 脱硝系统是由北京国电龙源环保工程有限公司设计安装。脱硝装置位于省煤器与空气预热器之间，氨与稀释风混合后经喷氨格栅进入SCR 烟道，喷氨格栅设计为涡流静态混合式喷氨格栅。可通过手动蝶阀分区控制烟道截面宽度方向上的喷射流量。

目前，该厂脱硝反应器出口与烟囱出口NOx在线仪表值偏差较大。

1.2 调整过程

现场喷氨优化调整分为三大步骤：摸底诊断、优化调整、效果验证。摸底诊断是在稳定负荷下测量脱硝反应器出口NOx质量浓度分布、NH3体积比分布，对脱硝系统运行状态进行全面诊断、分析，提出存在的问题及调整的技术方案。优化调整是根据摸底诊断测得的脱硝反应器出口NOx质量浓度和NH3逃逸体积比的分布值，对脱硝反应器进口喷氨总量以及多只喷氨手动调节蝶阀开度进行调整，经过多次测量并调整，最大限度提高脱硝反应器 出口NOx质量浓度和NH3逃逸体积比分布的均匀性[10-17]。效果验证是经喷氨优化调整后，测量脱硝反应器出口NOx质量浓度分布，验证其他负荷下优化调整的结果，并在必要时根据结果对喷氨手动调节蝶阀进一步微调。火电厂SCR 脱硝喷氨系统优化调整流程如图1所示。

2 调整过程分析

2.1 摸底诊断

优化调整前，烟囱出口NOx质量浓度控制在25 mg/m3左右。

在660、495、330 MW 负荷下，采用网格法[18]测量了脱硝反应器出口NOx质量浓度分布。A、B两侧各有12 个测点，每个测孔沿深度方向，由外向内依次布置4 个测点，测量不同深度位置NOx质量浓度值。

不同负荷下，脱硝反应器两侧出口NOx质量浓度分布不均匀度见表1。由表1可以看出，不同负荷下，脱硝反应器出口NOx质量浓度分布不均匀度基本相当。不同负荷下，脱硝反应器出口NOx质量浓度分布如图2所示。

图1 喷氨优化调整流程Fig.1 Flow chart of the ammonia injection optimization adjustment

表1 脱硝反应器两侧出口NOx 质量浓度分布不均匀度Tab.1 The unevenness of distribution of NOx mass concentration at outlet of both side of the denitrification reactor

图2 调整前不同负荷下反应器出口NOx 质量浓度分布Fig.2 The distribution of NOx mass concentration at outlet of the reactor at different loads before the adjustment

由图2可以看出，对于该种炉型，不同负荷下脱硝反应器出口NOx质量浓度沿烟道宽度方向分布存在着一致性。这是因为前后墙对冲炉型在不同负荷下，磨煤机等运行方式的改变对脱硝沿烟道宽度方向烟气流场分布、NOx质量浓度分布的影响较小，使得不同负荷下脱硝反应器出口NOx质量浓度场沿烟道宽度方向分布趋势变化较小。

2.2 优化调整

从摸底诊断结果可以看出，NOx质量浓度高低点区域沿烟道宽度方向的位置大致相同。因此，通过调节对应区域喷氨手动调节蝶阀的开度，可实现适应不同负荷要求的喷氨策略。具体做法如下：在稳定负荷下，将脱硝反应器出口NOx质量浓度值调整至保证值（或将脱硝效率调整至设计值）；根据脱硝反应器出口NOx质量浓度分布特征，增大高NOx质量浓度区对应的喷氨手动蝶阀开度，同时减小低NOx质量浓度区域对应的喷氨手动蝶阀开度，以达到“削峰填谷”的目的[8]。即对多只喷氨手动调节蝶阀开度进行调节。经过多次测量并调整，最大限度提高脱硝反应器出口NOx质量浓度分布的均匀性，最终得到脱硝反应器出口NOx质量浓度分布均匀的喷氨手动调节蝶阀开度。

根据摸底诊断结果，比较脱硝反应器出口NOx质量浓度分布可知：A 侧反应器出口4 号—5 号测点区域和B 侧反应器出口1 号及7 号—9 号测点区域NOx质量浓度高；A 侧反应器出口1 号—2 号测点及11 号—12 号测点区域，B 侧反应器出口2 号—5 号测点及10 号—12 号测点区域NOx质量浓度低。基于NOx质量浓度的分布特点，在调试过程中应增大A 侧反应器4 号—5 号测点区域和B 侧反应器1 号及7 号—9 号测点区域对应的喷氨手动调节蝶阀开度；关小A 侧反应器1 号—2 号测点及11号—12 号测点区域和B 侧反应器2 号—5 号测点及10 号—12 号测点区域对应的喷氨手动调节蝶阀开度，调整前后喷氨手动调节蝶阀开度见表2。

表2 调整前后喷氨手动调节蝶阀开度Tab.2 The opening degree of manual butterfly valve of ammonia injection before and after the adjustment (°)

优化调整在495 MW 负荷下进行，烟囱出口NOx质量浓度控制在25 mg/m3左右，调整效果如下。

2.2.1 脱硝反应器出口NOx质量浓度分布不均匀度

优化调整后，495 MW 负荷下脱硝反应器出口NOx质量浓度分布如图3所示。由图3可见，经过优化调整，脱硝反应器出口NOx质量浓度分布均匀性有所改善。

图3 调整后495 MW 负荷下脱硝反应器出口NOx 质量浓度分布Fig.3 The distribution of NOx mass concentration at outlet of the denitration reactor at 495 MW load after adjustment

2.2.2 脱硝反应器出口NH3逃逸体积比变化

495 MW 负荷下调整前后脱硝反应器出口NH3逃逸体积比分布曲线如图4所示。

图4 495 MW 同负荷下调整前后脱硝反应器出口NH3 逃逸体积比分布Fig.4 The distribution of NH3 escape volume ratio at outlet of the denitration reactor at 495 MW load before and after the adjustment

由图4可以看出：调整前脱硝反应器出口NH3逃逸体积比分布不均，局部过大，两侧最大值均超过3 μL/L；优化调整后，脱硝反应器两侧出口NH3逃逸体积比最大值由3.01、3.12 μL/L 下降至1.99、1.93 μL/L，平均值由调整前的1.93、2.09 μL/L 下降至1.31、1.44 μL/L。可见，局部氨逃逸过大状况得到明显改善，且氨逃逸体积比分布曲线趋于平缓。这主要是因为经过喷氨优化调整，脱硝出口NOx质量浓度分布均匀性好，低NOx质量浓度区域的喷氨量减小，该处之前不合理的氨氮摩尔比状况得到改善。

2.2.3 优化调整前后NOx在线仪表值偏差变化

该机组在优化调整前脱硝反应器两侧出口与烟囱出口NOx在线仪表值偏差较大。喷氨优化调整后，该现象得到明显缓解。调整前后脱硝反应器两侧出口NOx质量浓度值与烟囱出口NOx质量浓度值曲线如图5所示。

图5 调整前后脱硝反应器出口与烟囱出口NOx 质量浓度值曲线Fig.5 The NOx mass concentrations at outlet of the denitration reactor and chimney before and after the adjustment

由图5可以看出：喷氨优化调整前，A 侧、B 侧反应器出口NOx质量浓度在线仪表均值为53.68、54.24 mg/m3，烟囱出口NOx质量浓度在线仪表均值为25.25 mg/m3；喷氨优化调整后，A 侧、B 侧反应器出口NOx质量浓度在线仪表均值为28.35、28.57 mg/m3，烟囱出口NOx质量浓度在线仪表均值为23.21 mg/m3。脱硝反应器出口NOx质量浓度在线仪表值与烟囱出口NOx质量浓度在线仪表值偏差明显减小，有利于提高喷氨控制系统的自动投入率。

分析认为：喷氨优化调整前，脱硝反应器出口NOx质量浓度在线仪表取样点位置正好处于高NOx质量浓度区域，因此取样点抽取的烟气代表性较差，脱硝出口NOx质量浓度在线仪表值较烟囱出口NOx质量浓度在线仪表值高；喷氨优化调整后，脱硝反应器出口NOx质量浓度分布较调整前均匀性好，脱硝反应器出口NOx质量浓度在线仪表取样点抽取的烟气更具有代表性，因此脱硝反应器出口NOx质量浓度在线仪表值与烟囱出口NOx质量浓度在线仪表值偏差减小。

2.3 效果验证

经过一系列调整，在机组660 MW 和330 MW负荷下，对喷氨效果进行验证。结果表明：烟囱出口NOx质量浓度控制在25 mg/m3左右；660 MW 负荷下，脱硝反应器两侧出口NOx质量浓度分布不均匀度分别为32.5%和36%；330 MW 负荷下，脱硝反应器两侧出口NOx质量浓度分布不均匀度分别为34%和32.1%，均与495 MW 负荷下脱硝反应器出口NOx分布不均匀度基本相当。

3 结 论

本文基于实例详细介绍了火电厂SCR 脱硝系统喷氨优化调整过程，分为摸底诊断、优化调整、效果验证三大步骤。喷氨优化调整效果显著。

1）摸底诊断发现，不同负荷下脱硝反应器出口NOx质量浓度沿烟道宽度方向分布存在一致性。优化调整前，烟囱出口NOx质量浓度控制在25 mg/m3左右。不同负荷下，脱硝两侧出口NOx质量浓度分布不均匀度分别在60%、90%左右。

2）优化调整后，495 MW 负荷下，烟囱出口NOx质量浓度值控制在25 mg/m3左右，脱硝反应器两侧出口NOx质量浓度分布不均匀度分别由57.6%、90.2%下降至33.8%、35.6%；两侧氨逃逸体积比由1.93、2.09 μL/L 下降至1.31、1.44 μL/L，脱硝反应器出口与烟囱出口NOx在线仪表值偏差降至10 mg/m3以内。

3）在机组660 MW 和330 MW 负荷下，对喷氨效果进行验证。脱硝出口NOx质量浓度分布不均匀度均与495 MW 负荷下脱硝反应器出口NOx分布不均匀度基本相当。