張 巖，吳永存

(1.浙江省電力試驗(yàn)研究院環(huán)?；瘜W(xué)所，浙江杭州 310014;2.浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波 315612)

1000 MW超超臨界發(fā)電機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)性能測試試驗(yàn)

張 巖1，吳永存2

(1.浙江省電力試驗(yàn)研究院環(huán)?；瘜W(xué)所，浙江杭州 310014;2.浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波 315612)

0 引言

NOx是大氣主要污染物之一，也是造成光化學(xué)煙霧和酸雨的主要原因［1］。隨著我國火電建設(shè)步伐的加快，單機(jī)容量1000MW超超臨界機(jī)組越來越多。SCR脫硝技術(shù)工藝成熟，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)［2］。本文以浙江國華浙能發(fā)電公司5號(hào)機(jī)組煙氣脫硝裝置性能測試試驗(yàn)為實(shí)例，對1000MW超超臨界發(fā)電機(jī)組SCR脫硝性能測試進(jìn)行介紹，對測試結(jié)果進(jìn)行了分析和評價(jià)，對試驗(yàn)中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了說明。

1 SCR脫硝系統(tǒng)概況

國華浙能發(fā)電公司5號(hào)機(jī)組采用SCR煙氣脫硝工藝，在BMCR工況下，設(shè)計(jì)SCR系統(tǒng)入口NOx質(zhì)量濃度為450mg/m3，脫硝效率為80%。單反應(yīng)器布置方式，SCR按1+2層考慮，初始催化劑的裝設(shè)量為保證脫硝效率不低于50%。

2 SCR性能測試要求

2.1 性能保證值

國華浙能發(fā)電公司5號(hào)機(jī)組配套SCR煙氣脫硝系統(tǒng)性能保證值如表1所示。

SCR脫硝性能測試中氨逃逸量及SO2/SO3轉(zhuǎn)化率指標(biāo)測量較為復(fù)雜。SO2在催化劑作用下被氧化成SO3，SO3與煙氣中NH3反應(yīng)生成硫酸氫銨及硫酸銨。硫酸鹽具強(qiáng)粘性，易富集在催化劑及空預(yù)器表面，導(dǎo)致催化劑中毒及空預(yù)器堵塞［3－5］。

2.2 測試試驗(yàn)工況

根據(jù)性能保證值要求，脫硝效率、脫硝系統(tǒng)總壓損、氨逃逸量和氨耗量均要求在鍋爐100%BMCR條件下進(jìn)行測試。

表1 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)性能保證值

2.3 試驗(yàn)測點(diǎn)布置

根據(jù)性能測試相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)［6］對測點(diǎn)布置的要求，取脫硝系統(tǒng)進(jìn)口、出口兩個(gè)測試截面，詳見圖1。各截面尺寸、測孔數(shù)量、測試內(nèi)容詳見表2。

圖1 性能測試測截面布置

表2 測試截面參數(shù)及測試項(xiàng)目

3 測試試驗(yàn)內(nèi)容

性能考核試驗(yàn)首先評價(jià)煙氣流量、溫度、煙塵濃度等參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)值，并對在線監(jiān)測表計(jì)測量值與現(xiàn)場實(shí)測值進(jìn)行比對，然后進(jìn)行性能保證值測試試驗(yàn)，當(dāng)運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，用修正曲線對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正［7］。

性能考核期間各主要性能參數(shù)(本文煙氣量均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值)為:機(jī)組負(fù)荷1005.9MW，煙氣量3265439m3/h，SCR 進(jìn)口煙溫 375.24℃，SCR 進(jìn)口O2為3.06%，進(jìn)口 NOx濃度為 290.9mg/m3;SCR出口O2為3.73%，出口NOx濃度為143.58mg/m3;脫硝效率50.59%。

3.1 在線表計(jì)的標(biāo)定

在燃用設(shè)計(jì)煤種，100%負(fù)荷工況條件下，采用計(jì)量校驗(yàn)合格的儀器對各在線表計(jì)參數(shù)進(jìn)行測量，與操作員站顯示值進(jìn)行比對，對于顯示值有偏差的數(shù)值予以修正［6］。

試驗(yàn)中所用主要測量儀器有:NGA2000型煙氣分析儀，精度±1%，測量脫硝系統(tǒng)進(jìn)、出口NOx濃度脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出口O2濃度、脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出口SO2濃度。TH－880型微電腦煙塵平行采樣儀，精度±2.5%，測量脫硝系統(tǒng)進(jìn)、出口SO3濃度，脫硫入口煙塵濃度、NH3濃度，脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出口煙氣流速壓力。XMX－1310型工業(yè)熱電偶、精度Ⅱ級(jí)，測量脫硫系統(tǒng)進(jìn)、出口煙溫。

3.2 脫硝效率

為了計(jì)算統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)的NOx平均脫除效率，對SCR進(jìn)、出口NOx濃度統(tǒng)計(jì)均值進(jìn)行修正，計(jì)算公式如下［8］:

式中:C1、C2分別為折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、過量空氣系數(shù)為1.4條件下的SCR系統(tǒng)進(jìn)、出口NOx濃度，mg/m3;統(tǒng)計(jì)時(shí)段為5天。

利用統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)的氨氮摩爾比0.5084、鍋爐煙氣流量3265439m3/h及SCR進(jìn)口煙溫375.24℃，根據(jù)性能修正曲線，將式中脫硝效率50.59%修正到設(shè)計(jì)工況時(shí)的52.33%。

3.3 系統(tǒng)壓降

在機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，同時(shí)測量SCR進(jìn)、出口處的全壓，按如下公式［4］計(jì)算系統(tǒng)壓損:

式中:P1、P2分別為SCR進(jìn)、出口測量斷面處的煙氣全壓測量值，Pa;ρ1、ρ2分別為 SCR 進(jìn)、出口處實(shí)際工況下的煙氣密度，kg/m3;H1、H2分別為煙道測孔的水平標(biāo)高，m。

脫硝系統(tǒng)壓損測試時(shí)間段內(nèi)，脫硝系統(tǒng)進(jìn)口煙氣量為3361761m3/h(O2為3.19%)，根據(jù)性能修正曲線，將實(shí)測得系統(tǒng)壓損233Pa修正到設(shè)計(jì)工況條件下的209Pa。

3.4 氨逃逸量

氨逃逸量采樣流程見圖2。脫硝出口測試截面，使用加熱槍和平行采樣儀，采樣管加熱溫度為120℃，把含NH3的煙氣從出口煙道中抽出，然后煙氣通過裝有0.2mol/L H2SO4溶液的沖擊式吸收瓶，將煙氣中的NH3吸收，樣氣通過干燥劑硅膠干燥后，用流量計(jì)計(jì)量采氣量。采樣結(jié)束后，用去離子水洗刷吸收瓶和采樣連接管路獲得樣品。最后用離子色譜法測定樣品中的NH4+離子，從而計(jì)算出NH3濃度。NH3濃度按過量空氣系數(shù)為1.4條件折算后的濃度值為 0.442mg/m3，小于 2.28mg/m3的性能保證值。

圖2 NH3采樣裝置示意

3.5 SO2/SO3轉(zhuǎn)化率

SO3采樣流程見圖3。脫硝進(jìn)、出口測試截面，使用加熱采樣槍把包含SO2、SO3的煙氣從煙道中抽出，采樣管溫度120℃，通過放置在80～90℃水浴鍋中的螺旋管將煙氣中SO3冷凝下來，同時(shí)保證煙氣中的SO2不在螺旋管中冷凝。對樣氣進(jìn)行干燥后用流量計(jì)計(jì)量采氣量，用熱電偶測量煙氣溫度。采樣結(jié)束后使用去離子水洗刷螺旋管獲得樣品。采用離子色譜法測定樣品中的硫酸根離子，計(jì)算出SO3濃度，最后依據(jù)下列公式計(jì)算出SO2/SO3轉(zhuǎn)換率:

式中:α 為 SO2/SO3轉(zhuǎn)化率;SO3，in、SO3，out分別為折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、過量空氣系數(shù)為1.4條件下的脫硝系統(tǒng)進(jìn)、出口的SO3濃度，SO2，in為折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、過量空氣系數(shù)為1.4條件下的脫硝系統(tǒng)出口的SO2濃度，mg/m3。

圖3 SO3采樣裝置示意

3.6 氨耗量

SCR脫硝系統(tǒng)供氨管路裝配電磁流量計(jì)，測量值為瞬時(shí)氨體積流量。測得統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)的瞬時(shí)氨體積流量的均值為187.57m3/h，質(zhì)量流量(氨氣密度為0.760g/L)為142.56kg/h，統(tǒng)計(jì)時(shí)段的 SCR 進(jìn)口NOx濃度為290.90mg/m3，依據(jù)修正曲線，修正設(shè)計(jì)工況的氨耗量為206.98kg/h。

3.7 電耗

SCR脫硝系統(tǒng)用電負(fù)荷少，在統(tǒng)計(jì)階段內(nèi)，機(jī)組平均負(fù)荷為1005.81MW的條件下，SCR脫硝系統(tǒng)的平均電耗為55.99kW。

3.8 噪聲

采用Quest 2800積分式精密聲級(jí)計(jì)對SCR脫硝設(shè)備噪聲進(jìn)行測試，稀釋風(fēng)機(jī)、吹灰器噪聲均在距機(jī)殼1m處測量。

噪聲源測點(diǎn)布置在設(shè)備周圍1m處測試若干個(gè)點(diǎn)，IA為平均 A 聲級(jí)，由下式［9］計(jì)算:(IAi為第 i測量點(diǎn)的A聲級(jí))。

性能考核試驗(yàn)測得風(fēng)機(jī)A噪聲88.7dB(A)，稀釋風(fēng)機(jī)B噪聲值88.6dB(A)，噪聲超標(biāo)。其他設(shè)備處噪聲都在85dB(A)以下。

4 測試試驗(yàn)結(jié)果

國華浙能發(fā)電公司5號(hào)機(jī)組SCR脫硝性能測試試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

SCR脫硝性能測試試驗(yàn)中，煙氣流量、溫度和煙塵含量測試結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。性能保證值試驗(yàn)中的脫硝效率、脫硝系統(tǒng)總壓損、氨逃逸量、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、氨耗量和電耗都達(dá)到性能保證值。

表3 SCR脫硝性能測試結(jié)果

5 結(jié)語

脫硝系統(tǒng)性能測試試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證裝置各性能指標(biāo)是否符合性能保證值，為環(huán)保驗(yàn)收提供依據(jù)。脫硝系統(tǒng)的性能測試，尤其是1000MW超超臨界機(jī)組，對于采樣位置、數(shù)值統(tǒng)計(jì)、修正曲線、噪聲值的修正和氨逃逸量的測量及評價(jià)應(yīng)多加注意:

(1)采樣位置。采樣所選截面在脫硝裝置進(jìn)出口區(qū)域，具有溫度高、煙塵濃度高、截面大、污染物濃度及速度分布不均勻等特點(diǎn)［8，10］。針對上述特點(diǎn)，應(yīng)特別注意安全，避免高溫燙傷及煙塵損傷測試儀器。測量煙氣中易溶于水的物質(zhì)時(shí)，取樣時(shí)要對采樣裝置進(jìn)行伴熱，防止煙氣冷凝吸收對測量結(jié)果的影響。針對測量截面面積大、濃度及速度分布不均的特點(diǎn)，需要采取網(wǎng)格法取樣測量的方法，使測量值盡可能的代表整個(gè)截面的數(shù)值。

(2)數(shù)值統(tǒng)計(jì)。普通脫硝系統(tǒng)性能測試期間，每隔10～15min記錄一次數(shù)據(jù)，然而實(shí)踐中可以看出這種瞬時(shí)值的記錄具有相對不平均、隨機(jī)性較強(qiáng)等缺點(diǎn)，為切實(shí)反映統(tǒng)計(jì)期間的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)中采取使用DCS的歷史記錄報(bào)表，每分鐘記錄一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，再計(jì)算統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)的均值的方法，來抵消記錄時(shí)間過長導(dǎo)致的結(jié)果平均性不好對統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響，使統(tǒng)計(jì)結(jié)果更能反映統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)的平均值。

(3)修正曲線。由于每個(gè)SCR脫硝系統(tǒng)都有一個(gè)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，而實(shí)際的性能測試試驗(yàn)期間不可能完全與設(shè)計(jì)工況重疊，或多或少偏離，這就需要一組修正曲線來擬合實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況值，便于評價(jià)其性能是否符合性能保證值。性能曲線一個(gè)是類別的問題，組數(shù)越多，設(shè)計(jì)的參數(shù)越多，修正時(shí)考慮的條件的越完全，也越能反映修正的精確度;另一個(gè)是一組特定曲線的可操作性問題，部分修正曲線簡單，可操作性差，如果遇到此類情況需要設(shè)計(jì)單位按要求［7］提供可操作性較強(qiáng)、能夠利用各個(gè)相關(guān)參數(shù)通過差值或線性回歸等方法得出修正值的修正曲線，從而相對精準(zhǔn)的折算出修正值。

(4)噪聲測量值修正。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定［9］，當(dāng)測量值與環(huán)境背景值相差在3～10dB(A)時(shí)需要對測量值加以修正。大多數(shù)脫硝系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的噪聲測量，設(shè)備布置相對緊湊，測量值與背景值很接近，按標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定將測量值減去相應(yīng)數(shù)值對測量結(jié)果加以修正。

(5)氨逃逸量。對于氨逃逸的測量，由于氨屬于易溶于水的物質(zhì)，因此在采樣時(shí)應(yīng)對采樣裝置進(jìn)行伴熱，并保證采樣后至吸收瓶的連接管盡量的短，防止在這部分管路中發(fā)生的冷凝吸收。脫硝進(jìn)口流速及NOx濃度分布不均勻，截面上對應(yīng)的各個(gè)分區(qū)噴氨量也不盡相同，導(dǎo)致測試截面上各個(gè)位置的氨逃逸量不均勻。對氨逃逸量的測量應(yīng)采取網(wǎng)格法，即在測試截面取若干個(gè)有代表性的測點(diǎn)進(jìn)行測量，得出截面的平均氨逃逸量。

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［8］GB/T 21509－2008，燃煤煙氣脫硝技術(shù)設(shè)備［S］.

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Performance testing experiments of
SCR denitrification system in 1000 MW ultra－supercritical generating units

隨著火電建設(shè)步伐的加快，單機(jī)容量1000MW超超臨界機(jī)組越來越多，其脫硝裝置的正常投用對我國空氣環(huán)境質(zhì)量的提升有著重要意義，脫硝性能測試試驗(yàn)倍受關(guān)注。以浙江國華浙能發(fā)電有限公司1000MW燃煤機(jī)組脫硝裝置性能測試試驗(yàn)為例，對脫硝系統(tǒng)性能測試進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，除部分設(shè)備噪聲超標(biāo)外，其余指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。對試驗(yàn)過程中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了說明。

SCR;脫硝裝置;性能測試

With the acceleration of domestic thermal power construction，the unit capacity 1000MW ultra －supercritical generating units are increased continuously.The healthy operation of denitration system plays an important role in the promotion of our air environment quality.The performance testing of the system is also paid more attention.Take the SCR denitration system in 1000MW ultra － supercritical generating unit of Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co.Ltd for example，the experiments are introduced in detail.The results show that all the performance indices are up to the standard except for certain equipment noise，and the necessary analyses and estimate are expatiated.The matters of concern are especially explained.

SCR;denitrification system;performance testing

X701.7

B

1674－8069(2011)02－042－04

2010-09-25;

2011-02-16

張 巖(1980-)，男，工程師，主要從事發(fā)電廠脫硫、脫硝、電除塵器、粉塵、噪聲的治理研究及電網(wǎng)電磁輻射防護(hù)研究。E－ mail:zhangyanzju@163.com