付萬(wàn)兵，毛東學(xué)，馬國(guó)偉

（1.中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司寧夏分公司，寧夏銀川，750002；2.國(guó)電電力酒泉發(fā)電有限公司，甘肅酒泉，735001；3.國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，寧夏銀川，750002）

近年來(lái)，伴隨電力工業(yè)的高速發(fā)展，火電廠機(jī)組容量及數(shù)量的急劇增長(zhǎng)使各種煙氣排放物排放量與日俱增，特別是NOX所產(chǎn)生的污染及其影響越來(lái)越引起人們的重視［1］。目前火力發(fā)電機(jī)組基本上都是安裝選擇性催化還原法（selective catalytic reduction，SCR）的煙氣脫硝裝置來(lái)控制NOX的排放，SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行是否良好的重要依據(jù)是脫硝效率和氨逃逸率，而SCR脫硝系統(tǒng)出口的NOX濃度和進(jìn)出口煙氣流場(chǎng)的均勻性是這兩項(xiàng)指標(biāo)決定性的影響因素［2-3］。

1　研究現(xiàn)狀及需要解決的問(wèn)題

1.1　研究現(xiàn)狀

某公司2號(hào)爐煙氣脫硝裝置采用“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法，在設(shè)計(jì)煤種、鍋爐最大工況、處理100%煙氣量條件下，脫硝效率不小于85%，脫硝裝置出口NOx濃度不高于90 mg/Nm3（6%氧含量，干煙氣），催化劑層數(shù)按“2＋1”布置。

SCR脫硝系統(tǒng)的主要原理是：氨氣和煙氣中的氮氧化物借助靜力式混合器［4］充分混合，在催化劑的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將NOX最終轉(zhuǎn)化為無(wú)害的N2和H2O［5-7］，具體的化學(xué)方程式為

在上述反應(yīng)過(guò)程中，催化劑是最為關(guān)鍵的影響因素，目前電廠大多采用蜂窩式結(jié)構(gòu)的催化劑，而脫硝系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和選型時(shí)主要考慮的是脫除效率、煙氣組分、NH3的逃逸率、煙氣流速及催化劑的體積等因素［8-9］，其反應(yīng)見(jiàn)圖1。

圖1　SCR反應(yīng)

1.2　問(wèn)題分析

（1）SCR脫硝系統(tǒng)左右兩側(cè)出口NOX濃度的相對(duì)偏差較大，分別為27.85%和56.14%，均不滿足相對(duì)偏差小于20%的運(yùn)行要求。

（2）SCR脫硝系統(tǒng)出口局部區(qū)域氨逃逸率較高，其附屬產(chǎn)物硫酸氫銨在液態(tài)下具有較強(qiáng)的粘連性及腐蝕性，粘連空預(yù)器蓄熱元件，造成空氣預(yù)熱器阻力逐漸升高、蓄熱元件換熱效率下降等問(wèn)題，影響整個(gè)機(jī)組的帶負(fù)荷能力［10］。

圖2給出了典型的空預(yù)器壓損率與氨逃逸量的關(guān)系［11］，空預(yù)器壓損率是指空預(yù)器在運(yùn)行一段時(shí)間后的阻力與空預(yù)器開(kāi)始投運(yùn)時(shí)阻力的比值。

圖2　空氣預(yù)熱器壓損與氨逃逸率的關(guān)系曲線

當(dāng)氨逃逸率較高時(shí)，由于硫酸氫銨會(huì)粘連空預(yù)器蓄熱元件，導(dǎo)致空預(yù)器的阻力異常升高。因此，通過(guò)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)?？捎嗅槍?duì)性地控制脫硝系統(tǒng)的氨逃逸率分布，從而對(duì)機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行具有重要意義［12］。

表1　脫硝出口氨逃逸測(cè)試數(shù)據(jù)

從表1可以看出，330 MW負(fù)荷下，脫硝出口各孔氨逃逸均超過(guò)3 μL/L，說(shuō)明機(jī)組存在氨逃逸率嚴(yán)重超標(biāo)的情況，需要盡快進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，防止氨逃逸過(guò)量造成空預(yù)器等下游設(shè)備的嚴(yán)重堵塞，影響機(jī)組正常運(yùn)行［13］。

1.3　需要解決的問(wèn)題

根據(jù)脫硝系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行現(xiàn)狀，需要從以下幾個(gè)問(wèn)題入手，提高脫硝系統(tǒng)整體的運(yùn)行性能：

（1）嚴(yán)格控制煙氣脫硝系統(tǒng)左右兩側(cè)出口NOX濃度的相對(duì)偏差在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)（不大于20%）。

（2）降低氨逃逸率，不大于規(guī)定的3 μL/L。

（3）提高脫硝系統(tǒng)的效率，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，保證脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2　脫硝系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

在機(jī)組330 MW負(fù)荷工況下，對(duì)該脫硝系統(tǒng)進(jìn)、出口的NOx濃度分布進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3　330 MW負(fù)荷脫硝系統(tǒng)進(jìn)、出口NOx濃度分布

從圖3可以看出：SCR進(jìn)口NOx濃度分布狀況良好，左右兩側(cè)NOx平均濃度基本沒(méi)有偏差，且單側(cè)煙道NOx分布相對(duì)比較均勻；SCR出口的NOx濃度分布狀況很差，左右兩側(cè)出口NOx平均濃度偏差很大，其中B側(cè)是A側(cè)的25.8倍，且B側(cè)分布偏差較大，需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

通過(guò)調(diào)整脫硝反應(yīng)器入口噴氨格柵的手動(dòng)蝶閥［14］，使脫銷出口NOX濃度偏高的區(qū)域噴入較多的氨氣，使氨氣和NOX充分混合、反應(yīng)，在保證氨氣逃逸率在合格范圍的前提下，降低出口的NOX濃度，滿足國(guó)家大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求；脫銷出口NOX濃度偏低的區(qū)域通過(guò)關(guān)小噴氨格柵的手動(dòng)蝶閥，控制氨氣逃逸率，同時(shí)又節(jié)省了噴氨量，能夠有效緩解空預(yù)器的堵塞趨勢(shì)，使NOX濃度相對(duì)均勻地分布［15-18］。

3　效果評(píng)價(jià)

（1）優(yōu)化調(diào)整后，SCR脫硝系統(tǒng)A、B側(cè)出口NOx濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別從27.85%和56.14%降低至19.07%和19.82%，均在20%以內(nèi)，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

（2）優(yōu)化調(diào)整后，SCR脫硝系統(tǒng)A、B側(cè)出口NH3濃度分布相對(duì)均勻，出口NH3濃度平均值由4.54 μL/L下降至2.66 μL/L；B側(cè)出口NH3濃度平均值由 7.23 μL/L下降至 2.80 μL/L，左右兩側(cè)NH3濃度平均值均小于3 μL/L，符合SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行要求，最大值及相對(duì)偏差均大幅下降。

（3）優(yōu)化調(diào)整后，脫硝系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率有所提高，調(diào)整前脫硝效率的平均值是81.2%，調(diào)整后提高至84.5%。NOX濃度偏差越小，催化劑的相對(duì)使用年限也會(huì)越長(zhǎng)；脫硝系統(tǒng)出口NOX濃度偏差相同的前提下，脫硝效率越高，使用年限越長(zhǎng)。按照催化劑正常使用時(shí)間24 000 h計(jì)算，本次優(yōu)化調(diào)整后，可以延長(zhǎng)約一年的催化劑更換時(shí)間，因此而帶來(lái)的的直接、間接費(fèi)用是150萬(wàn)元/年［19-20］。

4　結(jié)論

（1）SCR脫硝系統(tǒng)左右兩側(cè)出口的NOx濃度偏差均控制在20%以內(nèi)，使催化劑的更換時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，降低了使用及維護(hù)成本，從而獲得了超過(guò)150萬(wàn)元/年的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）經(jīng)過(guò)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，脫硝系統(tǒng)左右兩側(cè)出口的NH3濃度平均值均小于3 μL/L，氨氣量能夠與煙道內(nèi)煙氣中NO濃度充分反應(yīng)，滿足系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，又減少了硫酸氫氨的生成，從而降低了空預(yù)器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，使空預(yù)器清洗周期相對(duì)被延長(zhǎng)，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低了運(yùn)行及檢修成本。

（3）SCR脫硝系統(tǒng)出口NOx及NH3濃度分布的均勻性對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，本文對(duì)同類型SCR脫硝系統(tǒng)存在的類似問(wèn)題有一定的參考價(jià)值。

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