馬彥斌， 唐郭安， 陳廣偉， 馮前偉

1000MW電站鍋爐SCR噴氨優(yōu)化試驗(yàn)分析

馬彥斌， 唐郭安， 陳廣偉， 馮前偉

（華電電力科學(xué)研究院，浙江 杭州 310030）

論述了超臨界電站鍋爐噴氨優(yōu)化過(guò)程，根據(jù)煙道內(nèi)NOX濃度分布規(guī)律，有針對(duì)性的調(diào)整噴氨系統(tǒng)，從而降低了噴氨量，提高了SCR出口NOX分布均勻性，降低了氨逃逸濃度，減小了硫酸氫氨對(duì)空氣預(yù)熱器的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，并提高了脫硝效率。

噴氨優(yōu)化； NOx濃度場(chǎng)； SCR； 氨逃逸

0 引言

目前我國(guó)環(huán)境保護(hù)部已經(jīng)實(shí)施了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223－2011）[1]，并普遍應(yīng)用于燃煤電站，對(duì)NOx排放限制標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格。隨著選擇性催化還原技術(shù)（SCR）日漸成熟，已經(jīng)成為運(yùn)用廣泛的燃煤電站尾部煙氣脫硝技術(shù)[2-4]。但由于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)SCR運(yùn)行認(rèn)識(shí)有限，往往存在不能根據(jù)污染物分布進(jìn)行有針對(duì)的噴氨，造成噴氨濃度偏大，導(dǎo)致氨逃逸濃度偏大的問(wèn)題，降低了機(jī)組運(yùn)行安全性及經(jīng)濟(jì)性。以某1000MW機(jī)組為例，在SCR投入運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)噴氨量偏大、脫硝效率下降、空預(yù)器阻力增大等問(wèn)題。進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整，提高SCR設(shè)備性能，找出入口流場(chǎng)分布規(guī)律、提高出口NOx分布均勻性，降低氨逃逸濃度，對(duì)提升機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性非常有必要。

1 設(shè)備概況

某電廠為1000MW燃煤機(jī)組，配套DG3000/26.15-II1型鍋爐，為復(fù)合變壓運(yùn)行的超超臨界本生直流鍋爐，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)、露天布置、前后墻對(duì)沖燃燒，燃用煤質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

設(shè)計(jì)標(biāo)態(tài)、濕基、實(shí)際O2，煙氣量為2803km3/h，入口煙氣溫度為356℃，NOx濃度為400mg/m3，脫硝效率不低于80%，氨逃逸濃度不大于2.28mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2），SO2/SO3轉(zhuǎn)化率不高于1%。脫硝系統(tǒng)運(yùn)行一年后，表盤(pán)氨逃逸濃度大幅超標(biāo)，且空氣預(yù)熱器阻力明顯升高，已經(jīng)嚴(yán)重影響了機(jī)組運(yùn)行的安全性。

表1 脫硝設(shè)計(jì)煤質(zhì)

圖1 1000MW工況調(diào)整前SCR入口沿寬度方向NOx分布

2 優(yōu)化調(diào)整

2.1 原噴氨方案及運(yùn)行現(xiàn)狀

該廠在噴氨調(diào)整以前沿?zé)煹缹挾确较虿捎镁鶆驀姲钡姆绞剑?000MW時(shí)對(duì)SCR的入口及出口NOx濃度分布進(jìn)行測(cè)試，對(duì)SCR出口進(jìn)行氨逃逸濃度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下，沿寬度方向NOx分布不均勻，SCR入口A側(cè)最小值及最大值分別為227mg/m3、317mg/m3，B側(cè)最小值及最大值分別為188mg/m3、316mg/m3，A、B兩側(cè)NOx分布相

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為7.0%、14.1%，NOx濃度呈現(xiàn)沿寬度方

向上兩側(cè)低中間高，沿?zé)煹郎疃确较蛏喜顒e較小的狀態(tài)。

SCR出口A側(cè)最小值及最大值分別為36mg/m3、164 mg/m3，B側(cè)最小值及最大值分別為22mg/m3、174mg/m3，A、B兩側(cè)NOx分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為42.0%、44.5%。出口氨逃逸濃度A、B兩側(cè)平均值分別為:2.41mg/m3、2.46mg/m3，均大于2.28mg/m3。

圖2 1000MW工況調(diào)整前SCR出口沿寬度方向NOx分布

圖4 8000MW工況調(diào)整前SCR入口沿寬度方向NOx分布

圖5 8000MW工況調(diào)整前SCR出口沿寬度方向NOx分布

圖6 800MW工況調(diào)整前SCR出口NH3分布

在800MW時(shí)對(duì)SCR的入口及出口NOx濃度分布進(jìn)行測(cè)試，對(duì)SCR出口進(jìn)行氨逃逸濃度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下，沿寬度方向NOx分布不均勻，SCR入口A側(cè)最小值及最大值分別為332mg/m3、484mg/m3，B側(cè)最小值及最大值分別為299mg/m3、413mg/m3，A、B兩側(cè)NOx分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為7.0%、11.4%，NOx濃度呈現(xiàn)沿寬度方向上兩側(cè)低中間高，沿?zé)煹郎疃确较蛏喜顒e較小的狀態(tài)。

SCR出口A側(cè)最小值及最大值分別為57mg/m3、134mg/m3，B側(cè)最小值及最大值分別為38mg/m3、123mg/m3，A、B兩側(cè)NOx分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為22.1%、27.5%。出口氨逃逸濃度A側(cè)最小值及最大值分別為2.36mg/m3、2.70mg/m3，B側(cè)最小值及最大值分別為2.37mg/m3、2.87mg/m3，均大于2.28mg/m3。

脫硝系統(tǒng)入口NOx分布是否均勻，直接關(guān)系到煙道內(nèi)各處噴氨量的大小，進(jìn)入第一層催化劑前NOx與氨混合均勻且速度分布均勻時(shí)才能保證脫硝效率和氨逃逸率的穩(wěn)定[5-6]，而氨逃逸濃度超標(biāo)則會(huì)加劇空氣預(yù)熱器的堵塞。

2.2 優(yōu)化調(diào)整方案及分析

根據(jù)進(jìn)出口NOx濃度分布關(guān)系及出口氨逃逸濃度，按照網(wǎng)格法劃分煙道，對(duì)各支管噴氨流量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，認(rèn)為同層催化劑活性相同，出口NOx濃度低的區(qū)域?qū)?yīng)較大噴氨流量。

調(diào)整后出口1000MW工況下NOx濃度分布如圖7、圖8所示。

A側(cè)NOx濃度最大值為58mg/m3，最小值為27mg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.57%；B側(cè)NOx濃度最大值為59mg/m3，最小值為28mg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.98%。脫硝效率A側(cè)83.3%，B側(cè)84.1%。經(jīng)過(guò)調(diào)整NOx分布均勻性比調(diào)整前有很大改善。此時(shí)A側(cè)噴氨量為130kg/h，B側(cè)噴氨量為128kg/h。

調(diào)整后出口800MW工況下NOx濃度分布如圖9、圖10所示。

圖7 1000MW工況調(diào)整后SCR出口A側(cè)寬度方向NOx分布

圖8 1000MW工況調(diào)整后SCR出口B側(cè)寬度方向NOx分布

圖9 800MW工況調(diào)整后SCR出口A側(cè)寬度方向NOx分布

圖10 800MW工況調(diào)整后SCR出口B側(cè)寬度方向NOx分布

在800MW工況時(shí)，A、B兩側(cè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為9.90%和8.10%，而SCR進(jìn)、出口部分測(cè)點(diǎn)CO濃度超過(guò)1500ppm，這說(shuō)明爐膛內(nèi)燃燒不完全，煙氣在流經(jīng)脫硝裝置時(shí)流場(chǎng)分布不均勻，使得脫硝內(nèi)部噴氨量相對(duì)不均勻，最終造成出口NOx濃度分布不均，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差有所增大。

圖11 1000MW工況調(diào)整后SCR出口NH3分布

圖12 800MW工況調(diào)整后SCR出口NH3分布

在進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整后，分別對(duì)1000MW工況和800MW工況下A、B兩側(cè)SCR出口的氨逃逸濃度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試結(jié)果如圖11、圖12所示。

從圖中可見(jiàn)調(diào)整后氨逃逸濃度平均值在1000MW和800MW分 別 為 2.03mg/m3、2.30mg/m3，氨逃逸濃度得到了有效控制，但對(duì)比NOx分布發(fā)現(xiàn)部分NOx濃度較高部位氨逃逸濃度也較高，說(shuō)明這些區(qū)域催化劑活性降低，甚至出現(xiàn)了失活現(xiàn)象。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)過(guò)噴氨優(yōu)化后，1000MW工況時(shí)，A、B側(cè)噴氨量可以分別控制在130 kg/h、128kg/h左右，此時(shí)SCR出口NOx濃度分布比較均勻，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為A側(cè)5.57%，B側(cè)5.98%，同時(shí)氨逃逸也得到了有效控制。

（2）當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，SCR進(jìn)口流場(chǎng)分布及NOx濃度場(chǎng)分布發(fā)生變化，應(yīng)根據(jù)新的NOx濃度分布來(lái)進(jìn)行噴氨量調(diào)整優(yōu)化。

（3）在催化劑活性降低或失活時(shí)，要相應(yīng)增大噴氨量，在出口NOx濃度不超標(biāo)的前提下，保證脫硝效率及氨逃逸濃度。

4 結(jié)語(yǔ)

SCR脫硝裝置入口處流場(chǎng)分布的均勻性以及氮氧化物分布的均勻性是影響脫硝效率和脫硝反應(yīng)的重要因素，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，需要定期對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化不同噴氨格柵的噴氨量，以保證機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

[1]GB 13223-2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]顧衛(wèi)榮，周明吉，馬薇，等.選擇性催化還原脫硝催化劑的研究進(jìn)展[J].化學(xué)進(jìn)展，2012,31（7）:1493-1500.

[3]秦勝，張劍，田雅麗.火電廠氮氧化物控制技術(shù)探討[J].能源環(huán)境保護(hù)，2012，26（4）:44_47.

[4]顧衛(wèi)榮，周明吉，馬薇，等.選擇性催化還原脫硝催化劑的研究進(jìn)展[J].化學(xué)進(jìn)展，2012，31（9）：2084-2092.

[5]王飛.600MW機(jī)組煙氣脫硝工程方案選擇及設(shè)計(jì)優(yōu)化[M].北京:華北電力大學(xué)，2011.

[6]尚雪松，陳進(jìn)先，趙金平，等.SCR脫硝催化劑失活及其原因研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39（6）：465-470.

Optimal Experiment of Selective Cataly Reduction in 1000MW Power Station

MA Yan-bin， TANG Guo-an， CHEN Guang-wei， FENG Qian-wei
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Discusses the optimization experiments for supercritical boilers，according to the distribution of NOX,we adjust ammonia system，reduce the amount of injecting ammonia，the distribution uniformity of NOX at SCR outlet is improved，ammonia escape concentration is reduced，the impact of ammonium hydrogen sulfate to the air preheater is reduced and denitrification efficiency is improved.

mmonia spraying optimization； NOx distribution； SCR； ammonia escape

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.003

X773，TM621

B

2095-3429（2017）04-0013-05

唐郭安（1984-），男，陜西人，碩士，中級(jí)工程師，研究方向：大型電站鍋爐潔凈燃燒。

2017-05-12

修回日期：2017-06-30