大型燃煤机组SCR系统精益化调试技术研究

蔡勇 胡乔良

摘要：以某1000MW燃煤机组烟气脱硝工程为例，介绍了该工程在运行中出现的问题，提出了喷氨系统优化调整试验方案。通过该方案对喷氨格栅局部供氨量进行调整后，在反应器出口建立了均匀、稳定的NOx分布，在满足脱硝效率的同时，保持了较小的氨逃逸率，该调整方法可为同类机组喷氨系统优化调整提供参考。

关键词：烟气脱硝;优化调整;喷氨格栅;脱硝效率;氨逃逸率

引言

在众多的脱硝技术措施中，烟气脱硝处理技术是目前满足火电厂环保达标排放的最终手段，烟气脱硝技术主要有选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）两种，其中，选择性催化还原法与其他技术相比，没有副产物，不形成二次污染，装置简单，技术成熟，脱硝效率高，运行可靠，便于维护，是工程上应用最多的烟气脱硝技术。本文以某1000MW机组SCR脱硝系统为试验对象，总结了脱硝精益化调整试验方法，优化调整结果表明，该方法可以在满足脱硝效率的同时，提高喷氨的均匀性，降低氨逃逸率。

1 SCR脱硝技术原理

机组脱硝系统采用选择性催化还原（SCR）烟气脱硝工艺，采用尿素热解制氨制备脱硝还原剂。SCR反应器采用高尘布置方式，布置在锅炉省煤器与空预器之间，不设置烟气旁路和省煤器高温旁路，催化剂采用蜂窝式，其大致的反应示意图如图1所示，反应主要由以下过程组成：（1）NH3通过气相扩散到催化剂表面;（2）NH3由外表面向催化剂孔内扩散;（3）NH3吸附在活性中心上;（4）NOx从气相扩散到吸附态NH3表面;（5）NH3 与NOx反应生成N2和水;（6）N2和H2O通过微孔扩散到催化剂表面;（7）N2和H2O扩散到气相主体。

2 SCR脱硝系统运行现状及分析

2.1 脱硝系统存在的问题

燃煤机组配套建设脱硫脱硝装置，机组试运行以来存在着氨逃逸量经常超标、且SCR出口的NOx浓度在线监测数据与烟囱上NOx浓度监测数据相差较大的问题，本文选取了高、中、低三个负荷工况下A、B侧反应器入口NOx浓度均相同时，反应器出口NOx 浓度均值与烟囱NOx 浓度数据比对，同时用硫酸吸收法测量了其氨逃逸情况，结果见表2所示。

2.2 NOx浓度场测试

针对机组脱硝系统在运行中出现的问题，对SCR系统进行了系统的NOx浓度场测试，系统在每个反应器出口的测试平台上共设置了5个测试孔，每个测试孔共有7个不同深度的取样管，故每个反应器截面共有35个测点。

试验选取在锅炉BMCR工况下进行，试验结果如表3所示。

2.3 浓度场测试结果分析

对反应器出口NOx浓度场测试结果进行分析，可以看出，反应器出口截面上的NOx浓度分布并不均匀，烟道中心区域浓度较高，而烟道边沿区域的浓度较低。在运行中若按照各个区域喷氨量相等的办法来进行喷氨，则必然导致反应器边沿区域的NH3/NOx摩尔比相对较高，这些区域由于NOx浓度较低，脱硝效率虽然较高，但随着时间的延长，催化剂活性的降低，也容易在这些区域导致较大的氨逃逸率，氨逃逸率较低时对系统运行不会有明显影响。当逃逸率较高时，NH3会与烟气中的SO3发生反应生成具有腐蚀性的NH3HSO4，在150～230℃的温度下，粘结在脱硝下游空预器的冷端，造成空预期积灰堵塞，阻力增大，长时间运行后对引风机和送风机将造成较大的影响。

3 SCR脱硝系统精益化调整

3.1 优化调整的方法

进行脱硝系统的优化调整，其目的是为了合理控制脱硝副反应发生的程度，在保证脱硝效率的同时使氨逃逸率达到最小。由于反应器入口烟道内烟气分布的均匀性主要通过反应器入口烟道的导流板实现，喷氨格栅的均匀性需要通过调整每一路供氨支管上的手动调节阀开度来实现，而导流板的设计和安装都已固定，无法调整，优化试验只能根据NOx的浓度场分布情况调整供氨阀的开度大小来进行，最终在反应器出口建立一个均匀稳定的NOx分布。

喷氨格栅的优化调整试验选择在100%锅炉负荷，NH3/NOx摩尔比在设计值的运行条件下进行，经测试脱硝系统烟道中心部分的各点NOx浓度均匀性基本一致，烟道边沿的NOx浓度较低。为此，在喷氨格栅调整试验中，首先使各路喷氨格栅阀门开度大小一致，然后再根据NOx分布情况，逐渐调整各区域的格栅阀门的大小，重点是适当关小烟道边沿区域对应的喷氨支路阀门。

要保证各供氨支路的供氨流量大小一致，调节手动阀门的开度难度较大。在现场试验中我们采取了“等压降”法使各路喷氨支路阀门开度相等。具体方法为：在关闭供氨总阀的情况下，先保证去A、B反应器的稀释风流量相等，再记录此时的氨空混合器压力P1，然后关闭各支路供氨手动阀，记录此时的氨空混合器压力P2，噴氨支路的手动阀门总数为n，则各路阀门的压降为：

求出各喷氨支路的压降△p后，以此为依据逐个开启供氨支路阀门到合适位置，使得开启该阀门过程中稀释风的压降为△p。

3.2优化调整的结果及分析

通过三轮循环调整，我们得到了脱硝反应器出口较均匀的NOx分布，对锅炉BMCR工况下，A/B反应器出口共10个测孔的氨逃逸进行了测试，图2为各测孔平均氨逃逸率试验结果。可以看出虽然各测孔平均氨逃逸率仍然有波动，但是相比优化调整前，逃逸率已大为减少。

4 结语

（1）我国环保政策日趋严格，新的《火电厂大气污染物排放标准》实行后，越来越多的火电厂将要采取烟气脱硝措施，而选择性催化还原（SCR）法由于其技术成熟，脱硝效率高无疑将成为各电厂脱硝的首选技术。

（2）在SCR脱硝技术中，喷氨系统调试是脱硝系统调试最为关键和重要的部分。由于新装脱硝系统催化剂活性较好，即使喷氨不作优化调整，问题也并不明显，时间一长，催化剂活性下降后必然导致氨逃逸率上升，对脱硝下游空预器产生积灰堵塞的严重影响。工程建设中需特别注意对喷氨格栅的精细化调整，本文的格栅优化调整方法可为同类机组的优化调整试验借鉴和参考。

参考文献：

[1] 梁川， 沈越. 1000MW机组SCR烟气脱硝系统优化运行[J]. 中国电力， 2012， 45（1）： 41-43.