350 MW燃煤机组脱硝装置喷氨优化调整及其缺陷分析

刘高军，郭 玥，姜 龙，杜 磊，李 庆

（华北电力科学研究院有限责任公司，北京 100045）

0 引言

能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，煤炭既是我国的主体能源，又是我国大气中各种污染物的主要来源[1-3]。根据中国电力企业联合会的统计数据，截至2016年，我国煤电装机容量占发电装机容量的57%[4]。一方面，燃煤发电的成本相对较低；另一方面，燃煤发电利于实现电网侧调峰调频。所以，未来很长一段时间，燃煤发电在我国都将占有重要地位[5]。

燃煤发电保障了经济发展所需电量，但易引起环境污染，解决煤炭开发与利用带来的环境问题已迫在眉睫[6-8]。2014年9月国家发展改革委员会、环境保护部、国家能源局联合制定了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020）》，要求重点地区及新建燃煤发电机组的烟尘、SO2、NOx质量浓度排放限值分别为10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3。本 文 以 某350 MW燃煤机组脱硝装置喷氨优化调整为例，分析影响喷氨量和氨逃逸的因素，并提出建议。

1 锅炉及脱硝系统概况

某350 MW超临界燃煤供热机组锅炉选用螺旋炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、紧身封闭的∏形锅炉，设计煤种选用蒙泰公司的准格尔煤和伊泰公司的混合煤，比例为1∶1。同步建设烟气脱硫、脱硝装置。脱硝装置选用选择性催化还原法，催化剂选用蜂窝形，“2+1”层布置方式，活性温度范围320～420℃，额定工况折算NH3消耗量0.154 t/h，电耗率为83.2 kWh/h。

2 喷氨优化调整

脱硝装置运行过程中，存在出口NOx分布不均和氨逃逸过大问题。过量NH3和SO3反应生成黏性较高的NH4HSO4。空预器高温段和低温段烟气中的灰尘容易和NH4HSO4黏附于空预器换热面上，使空预器换热元件沾污，影响换热效果，同时使排烟温度升高，锅炉效率降低。因此，应严格控制NH3的逃逸率，进行喷氨优化调整。喷氨优化调整前后，应确保机组负荷相同或相近，磨煤机运行配置相同，尽可能确保只对喷氨量进行调整。调整喷氨分配支管上对应的手动阀门开度，从而使管中NH3流量重新分配。

2.1 喷氨优化调整前

本次脱硝喷氨优化调整前，机组满负荷运行，在A侧脱硝装置入口折算NOx质量浓度平均为287 mg/m3（标准状态，6%O2）；B侧脱硝装置入口折算NOx质量浓度平均为272 mg/m3（标准状态，6%O2）。喷氨优化调整前，采用烟气分析仪对脱硝装置出口NOx进行网格法测试，测孔由A至B方向编号。

2.1.1 脱硝装置出口A侧NO x数据

调整前脱硝装置出口A侧NOx数据见表1。

表1 调整前脱硝装置出口A侧NO x体积分数 10-6

2.1.2 脱硝装置出口B侧NO x数据

调整前脱硝装置出口B侧NOx数据见表2。

表2 调整前脱硝装置出口B侧NO x体积分数 10-6

2.2 喷氨优化调整后

本次脱硝喷氨优化调整后，机组满负荷运行，A侧脱硝装置入口折算NOx质量浓度平均为284 mg/m3（标准状态，6%O2）。B侧脱硝装置入口折算NOx质量浓度平均为280.5 mg/m3（标准状态，6%O2）。

2.2.1 脱硝装置出口A侧NO x体积分数

调整后脱硝装置出口A侧NOx数据见表3。

表3 调整后脱硝装置出口A侧NO x体积分数 10-6

2.2.2 脱硝装置出口B侧NO x体积分数

调整后脱硝装置出口B侧NOx体积分数见表4。

表4 调整后脱硝装置出口B侧NO x体积分数 10-6

2.3 喷氨优化调整效果

喷氨优化调整后，脱硝装置性能有一定提升，如表5所示。调整前后A侧和B侧脱硝装置出口NOx质量浓度分别降低33.8 mg/m-3和5.6 mg/m-3，喷氨量分别降低13.1 m3/h和17.1 m3/h，氨逃逸分别降低0.78×10-6和1.09×10-6。

3 缺陷分析及措施

调整前后同一测点平面不均匀度未有明显改善，相对高值和相对低值的位置不变，分析出现这种情况与脱硝装置的系统缺陷有关。

表5 喷氨优化调整效果

3.1 喷氨系统缺陷

3.1.1 NH3分配管阀门设计未采用调节阀

喷氨优化调整的基本思路是：脱硝出口NOx浓度偏高的地方，相应的入口喷氨量增大；反之亦然。这就要求实际调整过程中对入口NH3各分配管的流量进行重新分配，但部分电厂喷氨分配管阀门设计为关断阀。关断阀仅有关断功能，不能线性调节NH3流量。建议电厂的分配管阀门采用调节阀，以达到喷氨流量在区间范围内可调。

3.1.2 烟道内喷氨分配管腐蚀外漏

调整过程中发现部分阀门接通、断开对喷氨优化调整效果没有任何影响，可能在相邻分配管之间存在干涉影响的问题。电厂检修期间，检修人员发现脱硝装置入口烟道内部喷氨分配管外漏，NH3不能完全到达设计位置。脱硝装置入口烟气中灰分含量比较大，烟道内流速分布不均，局部烟气流速过大，冲刷分配管外壁，致使其外漏。建议机组大小修期间检查烟道内部喷氨分配管腐蚀情况，若出现外漏，及时更换管路。

3.2 导流板安装位置不合理

导流板的作用是调整烟道内烟气流量分配，尽可能保证单位体积催化剂对应的烟气量相同。如果导流板安装位置不合理，使得单位体积催化剂对应的烟气量过大，烟气在催化剂空隙中流动速度过高、停留时间过短，没有充分反应时间，造成脱硝装置出口NOx分配不均，难以达到调整效果。建议对脱硝装置进行物理模型试验或者数值模型模拟，科学确定导流板安装位置，优化烟气流场分布。

3.3 催化剂

3.3.1 催化剂组块间密封不严

催化剂安装时布满脱硝反应区，相邻催化剂存在间距密封问题，如果没有密封或者密封效果不良，则造成烟气流经这些位置的脱硝效果不佳。建议在电厂大小修期间进入反应区域，检查催化剂组块间密封情况，及时封堵组块间隙，确保烟气全部流经催化剂模块。

3.3.2 催化剂局部失效

催化剂局部失效的情况主要分为2类。一类是催化剂灰堵。脱硝烟气含尘量大，局部位置烟气流速小，烟尘在此处堆积，烟气不能和催化剂接触，脱硝效果差。另一类是催化剂破损。烟道内局部烟气流速过快，强烈冲刷催化剂表面，长期运行后催化剂坍塌破损，不能达到设计性能。建议电厂定期进行催化剂活性测试，若出现局部失效状况，及时更换。

3.4 脱硝装置出口仪表

3.4.1 脱硝装置出口NO x测点没有代表性

目前多数电厂脱硝装置出口NOx均为单点测量，与烟道截面平均值有偏差。试验期间，通过网格法测量发现脱硝装置B侧NOx分布不均匀，测点位于NOx浓度较高的区域，过喷现象严重。此类问题解决方式主要为：定期采用多点采样装置测试烟道截面烟气中NOx均值，调整仪表测试点位置。

3.4.2 喷氨逻辑控制系统未设置延时

喷氨优化调整前，脱硝装置B侧出口NOx在线测试装置在工况稳定时NOx数值异常波动，导致脱硝装置B侧喷氨量大幅度波动调节，影响脱硝系统稳定运行。通过调取脱硝喷氨装置逻辑控制发现，由于逻辑控制系统中没有延时设置，导致脱硝系统投入自动控制时，脱硝装置出口NOx数值的波动会立即反映到喷氨流量控制系统，引起喷氨流量调节阀频繁调整。相反脱硝反应器的反应时间有一定延迟，喷氨量的增大或减小并不能立即反映到出口测点。实际运行中即使工况稳定时，脱硝装置出口的NOx浓度仍会有一定波动，导致喷氨量的反复调整，造成持续过喷和欠喷，进而导致空预器堵塞。建议对脱硝装置喷氨控制的程控逻辑进行优化，增加一定的延时，减少不必要的过喷及欠喷过程[9]。

4 结束语

本文针对某350 MW燃煤机组脱硝装置喷氨优化调整过程，分析影响喷氨优化调整效果的常见因素。对实际调整过程中遇到的烟道内喷氨分配管腐蚀磨损致外漏、催化剂组块间密封不严、导流板安装位置不科学等问题及时进行解决，并提出相应的建议，可为其他机组类似问题处理提供借鉴。