350 MW机组减少脱硝喷氨量策略研究及应用

张彪 靳剑

摘要：目前火力发电厂均安装有烟气脱硝系统，普遍存在喷氨量偏大、氨逃逸率高问题，造成液氨浪费，甚至生成NH3HSO4粘结空预器冷端造成空预器堵塞，高负荷引风机动叶开度过大易失速，极大地增加环保成本、维护成本、风机电耗及运行风险。该文通过理论分析制定相关调整策略，极大地改善了喷氨量大、氨逃逸率高的问题，值得同类型火电机组推广及应用。

关键词：脱硝喷氨堵塞催化剂活性氨逃逸率

中图分类号：     文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）06（a）-0000-00

Research and Application of Strategy for Reducing Ammonia InjectionAmount of Denitrification in 350MW Unit

ZHANG BiaoJIN Jian

（Shenneng Guodian Korla Power Generation Co. Ltd，Korla，Xinjiang Uygur Autonomous Region841000 China）

Abstract：The thermal power plant is equipped with flue gas denitration system， widespread ammonia injection quantity is big， high rate of ammonia escape problems， cause waste liquid ammonia， even generate NH3HSO4 binding air preheater cold end cause air preheater clogging， high load induced draft fan rotor through a large easy to stall， greatly increase the environmental fan power consumption and operation cost， maintenance cost and risk. In this paper， relevant adjustment strategies are formulated through theoretical analysis， which greatly improves the problems of large ammonia injection volume and high ammonia escape rate， and is worthy of promotion and application of the same type of thermal power units.

Key Words：The denitration; Spraying ammonia; Jam; The catalyst; Activity; Ammonia escape rate

為应对并满足国家环保对火电厂NOx等大气污染物排放标准，目前，国内火电厂基本都安装了SCR烟气脱硝装置。SCR系统的投运带来了一系列问题：喷氨量大，氨逃逸率高，过量的氨与烟气中的SO3、H2O反应后生成NH3HSO4粘结空预器换热板造成空预器差压变大，增加风机电耗，高负荷时亦容易造成引风机过载失速等风险。既要满足火电厂NOx排放国家标准，又要减少喷氨量成为了我们控制的目标。

1 减少喷氨量应对策略

可从以下几个方向来减少喷氨量：通过调整配风配煤减少NOx生成、根据烟气通过脱硝催化剂分布情况调整喷氨格栅手动门、提高脱硝装置催化剂效率、低负荷提高脱硝入口烟温使催化剂在最佳反应温度区间、通过控制净烟气氧量减少净烟气NOx折算值、确保喷氨格栅喷嘴清洁。

2 策略研究及应用

2.1 配风配煤调整减少NOx生成

研究发现，当过量空气系数小于1，燃烧区域出于缺氧燃烧状态时，抑制NOx的生成量有明显效果，根据这一原理，将燃料的燃烧过程分阶段完成，把供给燃烧区的空气量减少到全部燃烧所需空气量的80%左右，形成富燃区，从而降低燃烧区的氧浓度，也降低了燃烧区的温度水平。因此，第一级燃烧区的作用就是抑制NOx的生成，推迟燃烧过程，并将已生成的NOx分解还原，使燃料型NOx减少，由于此时火焰温度较低，使得热力型NOx也减少。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃尽风喷口送入炉膛与第一级所产生的烟气混合，使燃料燃烧完全，成为燃尽区，从而完成整个燃烧过程。相应的在运行调整上，我们需要适当关小运行磨煤机二次风门，开大燃尽风门，增大下层磨煤机煤量，减少中间层磨煤机煤量，非必要不启动上层磨煤机，具体情况见图1。

2.2 根据烟气通过脱硝催化剂分布情况调整喷氨格栅手动门

通过现场实地观察烟气挡板到脱硝喷氨格栅手动门前烟道布置情况（见图2），此区域烟道两侧存在外扩现象，造成内侧烟气量较大，外侧烟气量偏少，这种烟道布置对喷氨格栅各个手动门开度的调整具有指导意义，同时通过对脱硝催化剂出口氨逃逸量的检测，调整后喷氨格栅手动门相应开度是外侧开度小，内侧开度大的一种状态。

2.3 提高脱硝装置催化剂效率

脱硝催化剂活性下降主要有以下几方面因素[1]：（1）热烧结。烟温高于450℃会造成催化剂的晶型结构和活性成份发生不可逆的变化引起活性永久丧失，目前350MW燃煤锅炉催化剂入口烟温最高可达360℃，因此不存在烟温高而使活性下降的问题;机组启动阶段，煤粉在炉膛燃烧不充分进入尾部烟道累积在催化剂表面，在适当氧浓度和温度条件下会引发催化剂着火，由于短时间内释放大量热量，会造成催化剂烧结，导致催化剂完全失活，因此在机组启动阶段脱硝催化剂投入声波吹灰的同时投入蒸汽连续吹灰避免这种情况发生。（2）堵塞。催化剂堵塞后造成堵塞区域的烟气只能通过没有堵塞的催化剂区域，导致烟气的线速度加快，靠近堵塞区域附近的催化剂的磨损是正常磨损率的2～3倍，最终导致局部催化剂大量的损坏、坍塌。停炉后进入脱硝反应器内检查发现，催化剂上表面设置的筛网上发现少量块灰，筛网在催化剂上表面起了隔离作用，少量的块灰无法进入催化剂通道造成堵塞，不存在大颗粒灰等杂物堵塞催化剂的情况。为防止堵塞情况发生，可根据脱硝催化剂进出口差压适当增加蒸汽吹灰频率。（3）磨损。含尘烟气对催化剂的冲刷磨损，造成催化剂变薄，机械强度下降。由于磨损速率与飞灰速度成立方关系，在速度增大时，磨损速率将急剧增大，为抑制磨损，需严格控制烟气流速，因此在运行调整中适当降低氧量也对抑制磨损具有较好效果。（4）碱金属中毒。粉尘中K和Na等碱金属会与活性位V2O5发生类似于酸碱中和反应，使得催化剂活性位丧失，活性下降[2]。通过分析脱硝催化剂活性下降原因并结合2.2中分析的烟道布置情况，在催化剂使用年限达到设计寿命一半时，我们可将外侧催化剂与内侧催化剂调换[3]，如此可提高催化剂的使用效率。8E377025-3B40-4E5A-AA43-F84F4BF4647C

2.4 低负荷提高脱硝入口烟温

脱硝催化剂的最佳反应温度在320℃～400℃，机组满负荷时脱硝入口最高烟温360℃，不存在温度过高的影响，但在负荷157～180MW时，脱硝入口烟温将低于300℃，温度过低时，NH3与SO3、H2O反应生成NH4HSO4[4]，生成物附着在催化剂表面，堵塞催化剂通道和微孔，降低催化剂活性[5]。同时为满足国家环保全工况脱硝要求（超过30%额定负荷需投入脱硝系统运行），我们从低过上部引出一路高温烟气直接到脱硝催化剂入口加热低温烟气（见图3），当机组负荷100MW时脱硝入口烟温可达到300℃满足脱硝系统投入条件[6]。在机组负荷157～180MW时，亦可投入该系统，确保脱硝入口烟温不低于300℃。

2.5 降低净烟气氧量

环保采集氮氧化物地点为净烟气，计算方法如下：NOx（折算值）=NOx（实际值）×（21-6）/（21-O2）[7]，因此净烟气氧量越低NOx折算值就越低，我们的喷氨量就越少。对比净烟气氧量与锅炉出口氧量发现：净烟气氧量始终高于锅炉出口氧量3.5%左右，这两个氧量采集点之间的进风量主要是：从外部漏进烟道的风量、脱硝稀释风机鼓风量、脱硝声波吹灰、空预器漏风（漏风率设计值6%，实际值25%）、低省声波吹灰、灰斗气化风、引风机轴承冷却风、吸收塔氧化风机鼓风量。通过对烟道查漏封堵、减少两台稀释风机运行时长、调整空预器扇形板间隙、优化灰斗气化风量及吸收塔氧化风量等措施，净烟气氧量与锅炉出口氧量偏差减少至3%，效果显著。

2.6 确保喷氨格栅喷嘴清洁

喷氨格栅喷嘴如果发生堵塞或积灰，会导致氨与烟气混合不均匀，严重影响催化反应效果，NOx与NH3反应的先决条件就是要充分混合[8]，停炉检查时发现，喷氨格栅喷嘴上积灰堵塞较严重（见图4），因此制定了相应措施，利用每次停炉机会对喷嘴进行清扫，确保喷嘴清洁无堵塞，使喷进的氨与烟气混合均匀，保证反应效果始终处于最佳状态。

3 达到的效果

通过上述调整，喷氨量下降明显，各负荷段氨逃逸率均能控制在3ppm以下，长时间运行后，未发生空预器严重堵塞现象，空预器清堵频次减少，风机电耗得到有效控制，高负荷机组安全运行得到充分保障，运行人员压力极大减轻。

参考文献

[1] 张沛. 660MW燃煤电厂商用SCR脱硝催化剂的失活分析与再生探究[D].杭州：浙江大学，2017.

[2] 赵丽媛，高冬冬.选择性脱硝催化剂研究进展[J].科技创新导报，2018，15（27）：90-91.

[3] 常崢峰.延长火电厂脱硝催化剂使用寿命的探究[J].节能，2019，38（3）：13-14.

[4] 智丹. 烟气脱硝过程中硫酸氢铵生成机理的理论与实验研究[D].北京：华北电力大学，2018.

[5] 何曦. 异常运行温度下脱硝催化剂的性能及寿命研究[D].北京：华北电力大学，2018.

[6] 张莺.烟气温度对SCR脱硝催化剂的影响[J].内蒙古煤炭经济，2020（2）：189.

[7] 何修年，闫修峰.脱硝催化剂全寿命管理研究[J].当代化工研究，2021（19）：29-30.

[8] 李路明，高新宇，田佩玉，等.脱硝催化剂堵塞磨损问题工程案例分析探究[J].锅炉制造，2021（3）：39-42.8E377025-3B40-4E5A-AA43-F84F4BF4647C