福建某电厂600 MW CE 锅炉SCR脱硝系统改造

赵顺治

（华阳电业有限公司厦门分公司，福建 厦门 361026）

1 福建某电厂600 MW CE 锅炉SCR 脱硝系统触媒（催化剂）升级改造

1.1 工程简介

福建某电厂600 MW CE 锅炉原脱硝性能为“反应器入口NOX浓度为150 ppm，出口浓度90 ppm，脱硝效率40%”，为了满足日益严格的环保标准，现对原有的脱硝系统进行改善；改善后脱硝性能为“反应器入口NOX浓度为220 ppm，出口浓度40 ppm，脱硝效率81.8%”。该电厂委托长春凯希环保有限责任公司对SCR 系统进行了如下改造：①拆除现有触媒层，更换新触媒层（业主自行采购）；②对触媒层的空间布局进行了重新规划，在已有的触媒层之上增加一层，并在新的触媒层之上留出一层；③增加音波吹灰装置；④重新设计喷氨格栅；⑤重新设计烟气导流板。

1.2 设计参数（见表1）

表1 脱硝系统入口烟气参数

SCR 脱硝系统性能运行保障参数如下：脱销效率应保障在大于或等于81.8%；氨逃逸率应保持在小于或等于5 ppm；一氧化氮和二氧化氮转化率应保持在小于或等于1%；统触媒层阻力损失应保持在小于或等于600 Pa。

1.3 改造部分说明

1.3.1 触媒层改造和触媒安装

根据BHK 提供触媒布置方案，将现有的一层触媒（标高 FL.+25650）改为两个催化剂（FL.+25650和 FL.+29080），并且将原有催化剂去掉，但是仍保持原来的 FL.+25650 层催化剂支架，以便新催化剂单元的安装。因为新加的催化剂在 FL.+25650 中的质量要大于原来催化剂，因此必须根据新催化剂负载来对原来催化剂层的支架进行检查。经分析，目前催化剂层承载力已能达到新催化剂负载要求。标高FL.+29080 层新增加一层触媒支撑，用于安装上部新增触媒及三年后将保留催化层数，因原有 FL.+28050及 FL.+30450 两个层间相互干扰，需移除。随着旧的触媒一同被拆卸下来，在进行新的触媒的安装时，要根据 BHK 给出的参照材料对密封板进行重新设计并制造，因此，在FL.+25650 层和 FL.+29086 层进行新触媒的安装时，都要对其进行新的密封板进行安装，而原来 FL.+25650 层的触媒安装轨道仍将保持不变，但在将老触媒拆卸下来之后，必须对其进行彻底的检测，如果发现存在变形等异常情况，就必须对其进行相应的处理，以便达到设计的要求。

1.3.2 增加音波吹灰装置

改造前后SCR 装置的操作状况表明，原有催化剂层内及催化剂表面存在较多的积垢，对装置的安全性构成了威胁。针对SCR 反应器内飞灰堆积问题，提出在反应器内设置一种新型的非对称吹灰系统，并利用音波吹灰技术对反应器内飞灰进行处理。

1.3.3 更新注氨格栅

外包人员全面检查原注氨格栅后发现，原注氨格栅因为长期在运转过程中，由于冲刷、磨损和腐蚀比较严重，有些管线出现了渗漏，无法再持续使用，因此，将原来的注氨网全部拆除更换。注氨格栅材料由原碳钢更换为SUS304 不锈钢，进一步提高防腐蚀性能。

1.3.4 增设导流板

SCR 入口处导流板对提高 SCR 内空气分配均匀度起着重要的作用。通过对改进之前SCR 的性能测试，对其进行了全面的分析，得出结论：SCR 内的烟量非常不均衡，离锅炉较近的一侧流速低，烟气量小，离EP 较近的一侧流速高，烟气量大，这是造成 SCR 堵塞的主要因素之一。本次改造在SCR 入口处增设导流板。

1.3.5 稀释风管道及阀门改造

原有稀释风流量不能满足改造后的设计要求，而且只有一路稀释风来源。现稀释风系统改造分为两部分，一是将旧管道及阀门拆除，新安装管道及阀门直径由DN400 改为DN500；二是增加一路稀释风来源，从一次冷风管道接入，这样稀释风系统来源由送风机出口及一次风机出口组成，从而增强了稀释风系统的安全性。

2 CE 锅炉SCR 脱硝装置喷氨优化调整试验

2.1 SCR 脱硝装置喷氨优化调整试验项目

①预备试验：实测 SCR 反应器进、出口 NO/O2浓度，与在线 NO/O2分析仪的数值进行对比，为正式试验准备。②摸底测试：锅炉 75%负荷下，测试SCR 反应器进、出口的 NO/O2浓度和氨逃逸浓度分布，初步脱硝装置的脱硝效率和氨喷射流量分配状况。③AIG 调整优化：锅炉 75% 负荷下，根据 SCR 反应器出口断面上的 NO/O2浓度分布，调整 AIG 各喷氨分支管蝶阀的开度，使反应器出口的NOX浓度分布更加均匀。④AIG 调整校核：在锅炉 100%、50%负荷下，对 AIG 各喷氨支管于蝶阀门开度进行微调。⑤喷氨优化调整完成后，在机组100%、75%、50%、35%负荷下，对 SCR 脱硝装置脱硝效率及氨逃逸进行测试，评估当前脱硝装置性能，指导脱硝运行。

2.2 SCR 脱硝装置喷氨优化调整主要项目试验方法

2.2.1 一氧化氮和二氧化氮的含量

利用栅格法对 SCR 反应装置的进、出烟道断面进行了采样。将NGA2000 气体分析器安装在反应器的入口和出口，通过不锈钢管将烟气引出至烟道外，然后进行除尘、降温和除湿，再连接到气体分析器上进行分析。通过对烟道气体中 NO 和O2的测定，可以得到 NOX在烟道气流段内的分布情况。通过对反应器入口和出口氮氧化物的含量进行数学分析，得出了反应器出口氮氧化物含量的平均数。

2.2.2 逃逸氨的含量

以反应器出口断面上的 NO/O2浓度分布为依据，本着代表点 NOX平均值与断面烟道 NOX平均值相等的原则，在反应器出口选择6 个代表点进行NH3采样。根据美国环境保护局的CTM-027 标准，按化学溶剂方法收集了氨逸度试样，并对试样中的干烟道流量、二氧化硫含量和氮氧化物含量进行了测定。通过分析试样中的氨气浓度，并根据采集的烟气流量和氨浓度，对每一收集点处烟气进行了干燥氨氮含量的测定。

2.2.3 系统阻力

在SCR 反应器及催化剂层入口和出口截面上布置比托管，利用册压引管将进出口烟气引到统一平面上，通过电子微压计显示全压差，来计算SCR 脱硝装置及催化剂阻力。

3 CE 锅炉喷氨控制逻辑改善

3.1 现状问题

CE 锅炉机组在负荷升降、制粉系统启停、煤质变化等扰动工况下，SCR 出口NOX会出现较大幅度波动，动态NOX实测与设定值偏差达到±30 mg/Nm3，频繁超过环保考核线，控制质量无法满足环保考核要求，主要原因是喷氨控制系统抗扰动能力差，导致SCR 出口NOX大幅振荡，需要运行人员频繁手动干预或降低NOX设定值，使烟囱排放达到超低排放标准，因无法准确控制烟囱排放浓度，亦造成氨的浪费。尤其AGC、深度调峰等常态化，改善提高运行品质更为迫切。

SCR 出口NOx 浓度受喷氨流量自动调节进行控制，现状DCS 采用两级PID 控制器串级控制，第一级可按SCR 出口NOX浓度或SCR 脱硝效率之不同控制模式进行切换；根据当前烟气量、SCR 出入口NOX浓度差值得出喷氨需求量，再由第二级根据喷氨实测流量与需求值的偏差进行调整。经实际应用验证，该控制策略下烟囱NOX波动较大，局部氨逃逸过高，不仅浪费同时影响触媒寿命和空预器效率，增加风机电耗等，主要存在以下四点问题。①抗扰动能力不足：负荷变化、制粉系统启停、煤质变化时，风量和烟气NOX浓度变化较快，喷氨调节不能快速响应，滞后于实际NOX浓度变化，SCR 出口及烟囱NOX大幅波动，易造成环保超标。②控制策略过于简化：以SCR 出口NOX浓度作为自动调节的目标参数，在实测值与设定值产生偏差后，调整喷氨需求值进而调整喷氨控制阀开度改变喷氨量，属于被动调节，难以适应机组工况多变之情形。③控制对象特性不适应：系统以SCR 出口NOX作为控制目标，环保则以烟囱出口NOX为考核指标，两者不论在静态还是动态特性上均存在着差别，最终环保考核结果与实际SCR 控制值出现偏差。④测量值不准确：受烟气残余旋转及喷氨截面流量不均衡影响，SCR 出口NOX浓度存在较大的不均匀性，出口A/B 侧各一个NOX测点，代表性有限，测量值与实际值就可能存在较大偏差，造成喷氨不均衡。

3.2 原因分析

受煤质变化、负荷变动及设备状况等影响，尤其负荷波动较大时，SCR 入口NOX浓度亦大幅波动，原控制策略回应严重滞后，无提前预判量，出口NOX无法及时平稳控制，影响超低排放精确控制。分析影响因素主要有：①脱硝入口NOX浓度受燃烧工况影响变化幅度大、速度快，控制器单纯跟踪出口NOX浓度调整喷氨量有一定的时间滞后，导致喷氨量调整后出口NOX未及时变化，控制特性不佳，NOX浓度大幅波动，容易超标。②SCR 出口A/B 两侧每侧只安装一个NOX浓度测点，因SCR 出口烟道横截面积较大，受SCR 入口NOX分布及喷氨格栅喷氨流量不均影响，SCR 出口截面NOX分布浓度随着工况变化、触媒积灰情况而改变，均匀性较差，使得该测值与整个截面平均值产生偏差，当偏差较大时，会影响喷氨控制准确性，出现喷氨不足或过度喷氨的情况周而复始。③环保最终考核烟囱出口NOX浓度，该测量点与SCR 出口测量点距离长，滞后2～3 min，是典型的大滞后被控对象，喷氨调节阀动作后，烟囱出口NOX需要一段时间才会有变化，调节的及时性受到制约。

3.3 改善重点

根据分析结果及反复测试，优化脱硝系统控制逻辑，提高NOX变化时喷氨响应速度，提高烟囱出口NOX排放值的控制精度。具体措施说明如下：①控制逻辑原SCR 效率或SCR 出口NOX浓度控制器，改为烟囱出口NOX浓度及效率联合控制器，效率控制为基础，控制SCR 出口稳定，烟囱出口为精调，优化喷氨自动控制，提高控制精度。②将SCR 入口NOX浓度及烟囱烟气流量作为喷氨控制阀前馈信号，提前调整喷氨，减小测量及控制迟延，提高喷氨控制稳定性。③实时计算氨氮摩尔比为1 的理论耗氨量，作为喷氨流量的上限，避免过度喷氨，减少氨逃逸。④基于预测控制理论和经验，逻辑中增加烟囱出口NOX设定值自动选择功能，当磨煤机投退或AGC 负荷变化大时，提前调整烟囱出口NOX设定值，跟上NOX变化，有效减缓过调振荡，提高控制稳定性。⑤通过燃烧调整优化，降低SCR 入口NoX浓度及其波动幅度，提高其稳定性，经测试后将非常用的高位过燃风（HSOFA）喷嘴上两层挡板改为受运行氧量控制，运行氧量高于控制值时开启，维持炉膛主燃区缺氧运行，确保低氮燃烧工况稳定，避免NOX大幅波动。

4 结论

①依现场优化后实测效果，进行逻辑改善后，喷氨控制反应速度及稳定性明显提高，负荷大幅变动时，NOX也能较稳定控制，人为干预大幅减少。动态过程SCR 入口NOX实测值变化范围由150～590 降至130～290 mg/Nm3。烟囱NOX实时数值波动幅度由50 降至40 mg/Nm3，小时均值波动幅度由10.1 降至4.5 mg/Nm3，控制稳定性大幅提高。②改善后通过对喷氨量上限进行限制，可以减少喷氨总量防止短时过度喷氨。从而降低氨逃逸、延长触媒使用寿命、缓解空预器堵灰、降低风组电耗、降低空预器水洗频率、减少氨氮废水产生。