330 MW 机组燃煤锅炉脱硝系统喷氨优化调整试验研究

赵永国，李军民，马洪涛

（国家能源菏泽发电有限公司，山东 菏泽 274032）

0 引言

随着火电厂最新大气污染排放标准的颁布及煤电节能减排升级与改造行动计划的实施，燃煤电厂必须严格控制烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放的质量浓度分别不高于10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3[1-4]。因此，烟气脱硝技术被广泛应用于燃煤电厂，而选择性催化还原法SCR（selective catalytic reduction） 在国内燃煤电厂应用中最为普遍，具有脱硝效率高、技术成熟等优点[5-6]。然而，脱硝系统运行中，由于喷氨量和各喷氨阀门开度不均，会引起脱硝系统局部氨逃逸增加，逃逸的氨气在空预器中会生成黏性的硫酸氢氨[7]，引起系统阻力增加，引风机出力受限，影响机组带负荷，甚至还会引起引风机抢风，造成设备受损事故的发生[8-9]。

本文拟采取喷氨优化调整试验，即通过手动调整SCR 装置入口每根喷氨支管的喷氨量，调整脱硝系统的氨分布，使出口NOx和NH3分布更均匀，降低氨逃逸量，提高脱硝效率，这对机组的节能、安全稳定运行具有重要意义。

1 设备概况

1.1 SCR 烟气脱硝系统概况

国家能源菏泽发电有限公司三期工程为2×330 MW 燃煤发电机组，锅炉为东方锅炉厂有限公司制造的DG1025/18.2-Ⅱ4 型锅炉，为亚临界参数、四角切圆燃烧方式、自然循环汽包炉，单炉膛Ⅱ型露天布置，燃用烟煤，一次再热，平衡通风，固态排渣，全钢架、全悬吊结构，炉顶带金属防雨罩。设计燃料用巨野矿区烟煤。锅炉的最大连续蒸发量为1 025 t/h，额定蒸发量为904.4 t/h。

国家能源菏泽发电有限公司工程配套脱硝由北京国电龙源环保工程有限公司总承包，其脱硝装置配置情况如下：脱硝工艺采用选择性催化还原脱硝（SCR） 工艺；脱硝层数按“2+1”设置；采用高灰段布置方式，即SCR 反应器布置在锅炉省煤器出口和空气预热器之间；不设置SCR 反应器烟气旁路和省煤器高温旁路系统；反应器安装飞灰吹扫装置，采用声波吹灰器；烟气脱硝系统的还原剂制备采用液氨法方案。在设计煤种及校核煤种、锅炉最大连续出力工况、处理100%烟气量条件下脱硝效率不小于80%；NH3逃逸量应控制在2.5×10-6以下，SO2向SO3的氧化率小于1%。

1.2 存在的问题及原因分析

2017 年3 月26 日国家能源菏泽发电有限公司6 号炉停炉后，对空预器冷端和喷氨涡流板进行检查，进一步分析喷氨优化烟道深度方向不均的原因和空预器堵塞及低温腐蚀的情况。检查发现，涡流板表面积灰严重，部分喷氨管已经被积灰堵塞，影响喷氨量和喷氨效果。空预器冷端蓄热元件因频繁吹灰已变形，部分已损坏。现场检查热端蓄热元件吹损更加严重，A 侧最外层和B 侧第二层大部分蓄热元件需要更换。

通过查阅6 号炉近期燃煤情况，燃用的是烟煤，排除了高硫高水分煤种造成空预器堵塞和涡流板积灰的可能，分析认为空预器堵塞和涡流板积灰是由喷氨不均造成的。因此，本文设计试验测量喷氨优化调整前后NOx和NH3浓度分布情况，通过喷氨优化调整试验，手动调整SCR 装置入口每根喷氨支管的喷氨量，使出口NOx和NH3分布更均匀，提高SCR 装置的可用率，从而降低脱硝系统氨逃逸量[10-11]。

2 试验方法

2.1 参数测量

为了准确测量脱硝入口参数、喷氨后参数以及氨逃逸量，就必须测量SCR 反应器入口、喷氨后以及SCR 反应器出口的烟气温度、组分及流速。即按等截面多点网格法，在省煤器出口水平烟道上、脱硝出口烟道变径之后的垂直烟道上以及脱硝反应器出口垂直烟道上，分别布置每侧2孔、9 孔、2 孔，每孔3 点的测量点。用FLUK E和K 型热电偶测量烟气温度，用TESTO350 测量烟气中O2、CO、NOx的浓度，采用微压计和标定的靠背管测量烟气的流速，用便携式氨气分析仪测量喷氨下游氨气的浓度。

2.2 参数测量布置

为了准确掌握脱硝系统的性能，诊断脱硝系统存在的问题，安装了如图1所示的测孔。

图1 脱硝测点布置示意图

式中：ρ（NOx） 为在标准状态、φ（O2） =6%、干烟气下NOx的质量浓度，mg/m3；φ（NO） 为实测干烟气中NO 的体积分数，μL/L；φ（O2） 为实测干烟气中氧的体积分数，%。

3 脱硝系统喷氨优化试验

3.1 脱硝系统喷氨优化调整前试验

3.1.1 催化剂层间流场测量

5 号炉280 MW+供热工况下，在第二层与第三层催化剂层间测量烟气流场分布状况，进而判别催化剂层间的烟气分布。受反应器横截面尺寸和测试用靠背管长度限制，无法测量催化剂横截面中心区域的流速分布，只能测炉后3 m 深和炉前1 m 深的流速情况。

试验结果表明：A、B 两侧催化剂层间烟道内的烟气流速均呈前后流速高、中间流速低且炉后高于炉前的分布特点。A 侧第二层与第三层催化剂层间烟气流场分布不均匀度为25.5，烟气流速平均值为2.5 m/s，最高值为4.25 m/s，最低值为1.6 m/s；B 侧第二层与第三层催化剂层间烟气流场分布不均匀度为27.1，烟气流速平均值为2.4 m/s，最高值为4.82 m/s，最低值为1.61 m/s。

3.1.2 脱硝出口流场测量

5 号炉280 MW+供热工况下，在脱硝出口烟道变窄后的竖直烟道管段测量烟气流速分布。试验结果表明：A、B 两侧脱硝出口烟道内流场分布呈现炉后高炉前低、靠两侧的区域流速低分布特点。A 侧脱硝出口烟气流场分布不均匀度为33，烟气流速平均值为14.6 m/s，最高值为20.4 m/s，最低值为6 m/s；B 侧脱硝出口烟气流场分布不均匀度为38.4，烟气流速平均值为11.5 m/s，最高值为16.4 m/s，最低值为4.9 m/s。

3.1.3 脱硝出口NOx浓度测量变量

5 号炉280 MW+供热工况下，在脱硝出口烟道变窄后的竖直烟道管段测量NOx质量浓度分布。试验结果表明：A、B 两侧脱硝出口烟道内NOx质量浓度分布呈现中间高、两侧低的的分布特点，NOx分布偏差较大。A 侧脱硝出口NOx质量浓度分布不均匀度为73.6，NOx质量浓度平均值为41.5 mg/m3，最高值为121.2 mg/m3，最低值为18.9 mg/m3；B 侧脱硝出口NOx质量浓度分布不均匀度为62.6，NOx质量浓度平均值为22.2 mg/m3，最高值为56.8 mg/m3，最低值为9.3 mg/m3。

3.1.4 脱硝出口NH3浓度测量

5 号炉280 MW+供热工况下，在脱硝出口烟道变窄后的竖直烟道管段测量NH3的质量浓度分布。试验结果表明：A 侧脱硝出口烟道内NH3分布呈现内侧高外侧低的分布特点，B 侧脱硝出口烟道内NH3分布呈现两侧高中间低、且外侧高于内侧的分布特点。A 侧脱硝出口NH3体积分数分布不均匀度为16.9，NH3的体积分数平均值为1.6×10-6，最高值为2.4×10-6，最低值为1.1×10-6；B 侧脱硝出口NH3体积分数分布不均匀度为31.6，NH3的体积分数平均值为1.3×10-6，最高值为1.7×10-6，最低值为0.5×10-6。

表1 具体的阀门开度

3.2 SCR 喷氨调整试验

3.2.1 手动阀门调整

喷氨优化调整试验是通过手动调整SCR 装置入口每根喷氨支管的喷氨量，使出口NOx和NH3分布更均匀，提高SCR 装置的可用率[12-15]。喷氨手动调阀开度大的喷嘴，喷氨量较大，对应装置出口区域被催化还原后的NOx质量浓度低，氨逃逸质量浓度则会较高。喷氨手动调阀开度小的喷嘴，喷氨量较小，对应装置出口区域被催化还原后的NOx质量浓度则会较高，氨逃逸质量浓度则会较低。经过多次测试与调整，确定了SCR 各支管喷氨手动门最佳开度，有效改善了装置出口NOx质量浓度分布均匀性，降低了氨逃逸质量浓度。5 号机组A、B 两侧各8 个喷氨手动阀门，试验前后开度情况如表1 所示。通过优化试验，A、B 侧SCR 脱硝系统各喷氨手动门开度有了较大的变化。

3.2.2 调整后脱硝装置出口NOx排放浓度及分布

通过喷氨优化调整后，脱硝出口NOx浓度分布均匀性有所改善，但脱硝出口深度方向NOx浓度偏差无法通过喷氨阀进行调整，导致脱硝出口NOx分布不均匀度仍偏高。240 MW+供热工况下，在脱硝出口烟道变窄后的竖直烟道管段测量NOx浓度分布。试验结果表明：A、B 两侧脱硝出口烟道内宽度方向NOx浓度分布呈现靠中间高、两侧低，在烟道深度方向呈现炉前低炉后高的分布特点。A 侧脱硝出口NOx的质量浓度分布不均匀度为52.3，NOx质量浓度平均值为29 mg/m3，最高值为57.2 mg/m3，最低值为6.7 mg/m3；B 侧脱硝出口NOx质量浓度分布不均匀度为45.4，NOx质量浓度平均值为26.5 mg/m3，最高值为50 mg/m3，最低值为9 mg/m3。A 侧脱硝出口NH3的体积分数分布不均匀度为16.9，NH3的体积分数平均值为1.4×10-6，最高值为2.3×10-6，最低值为1.1×10-6。B 侧脱硝出口NH3的体积分数分布不均匀度为25.6，NH3的体积分数平均值为1.3 ×10-6，最高值为1.4×10-6，最低值为0.8×10-6。A 侧脱硝出口烟道内NH3分布呈现内侧高外侧低的分布特点，B侧脱硝出口烟道内NH3分布呈现两侧高中间低、且外侧高于内侧的分布特点。

4 结论

通过本次喷氨优化调整试验，脱硝系统A、B侧脱硝出口NOx分布不均匀度都有所降低，并且A、B 两侧脱硝出口烟道内宽度方向NOx浓度分布呈现中间高、两侧低，在烟道深度方向呈现炉前低炉后高的分布特点。A、B 侧脱硝出口NH3分布不均匀度有所降低且脱硝出口烟道内NH3分布呈现内侧高外侧低的分布特点。脱硝系统调整后，喷氨量和氨逃逸率均得到明显改善，对机组的安全稳定运行有着重要意义。