楊 罡，吳雙發(fā)

(云南能投威信能源有限公司，云南 昭通 657903)

1 噴氨優(yōu)化背景

選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝技術(shù)是最成熟的煙氣脫硝技術(shù)，它采用爐后脫硝的方法，即在鍋爐省煤器與空預(yù)器之間的煙道中布置SCR反應(yīng)器，以液氨或尿素作為還原劑，在金屬催化劑的作用下，二者選擇性地與 NOx反應(yīng)生成N2和H2O，因此也被稱為氨法SCR和尿素法SCR。

某電廠1#、2#機組裝機容量為600 MW，鍋爐煙氣脫硝采用SCR脫硝工藝，脫硝工藝中還原劑為氨氣。1#、2#機組自投運后，沒有進行過噴氨優(yōu)化調(diào)整，也沒有對煙道煙氣流場進行測量和優(yōu)化，致使煙道內(nèi)煙氣濃度分布不均。同時，脫硝系統(tǒng)分析儀表取樣為單點連續(xù)取樣，取樣點單一，不能有效反映整個煙道NOx濃度分布的實際情況[1]。為了防止機組運行過程中NOx濃度超標(biāo)，運行人員通常在實際操作過程中會過量噴氨[2]，從而會導(dǎo)致以下問題：

1)氨逃逸偏大，影響噴氨經(jīng)濟性；

2)逃逸的氨氣在煙氣中與SO3反應(yīng)生成硫酸氫氨和硫酸氨，硫酸氫氨具有高黏性和腐蝕性，氨逃逸偏大將加快催化劑模塊的腐蝕，造成催化劑失效和堵塞，大大縮短催化劑的使用壽命，進而引發(fā)脫硝效率不能滿足要求，導(dǎo)致環(huán)保指標(biāo)不合格，同時堵塞空預(yù)器，腐蝕空預(yù)器蓄熱原件，影響煙氣流通，進而導(dǎo)致引風(fēng)機負荷增大，增大廠用電率[3]；

3)硫酸氫氨附著在電除塵極板、極線上，導(dǎo)致電除塵極板、極線裹灰，影響除塵效率，甚至導(dǎo)致電除塵電場跳閘，從而影響機組安全運行。

2 工藝介紹

SCR煙氣脫硝裝置采用高塵型工藝，SCR反應(yīng)器布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間的煙道中，能適應(yīng)機組50%額定負荷至100%額定負荷內(nèi)的所有負荷。每臺鍋爐設(shè)2臺SCR反應(yīng)器(寬×深×高：15.6 m×11.0 m×9.37 m)，沿鍋爐中心線在鍋爐兩側(cè)對稱布置。SCR反應(yīng)器內(nèi)設(shè)3層催化劑，其中建設(shè)初期布置2層催化劑，隨著催化劑逐漸老化失效，新增1層催化劑。在省煤器出口垂直煙道下方設(shè)置省煤器灰斗，可適當(dāng)降低進入脫硝系統(tǒng)煙氣中的粉塵含量，同時在煙道不同位置設(shè)導(dǎo)流板、靜態(tài)混合器和整流器等裝置。

每臺鍋爐設(shè)2臺稀釋風(fēng)機(一運一備)，液氨在氨區(qū)經(jīng)液氨蒸發(fā)槽加熱后經(jīng)管道送至鍋爐脫硝系統(tǒng)，氨蒸汽在鍋爐脫硝系統(tǒng)經(jīng)稀釋風(fēng)混合稀釋后，再經(jīng)噴氨格柵進入SCR反應(yīng)器。每臺反應(yīng)器在入口垂直段煙道沿爐寬方向設(shè)18支噴氨支管，每根支管設(shè)有獨立的可以調(diào)節(jié)各支管噴氨量的手動蝶閥。

3 脫硝系統(tǒng)現(xiàn)狀測試與分析

3.1 NOx濃度分布測試與分析

在鍋爐SCR反應(yīng)器的進口和出口煙道截面，分別采用等截面網(wǎng)格法布置煙氣取樣點。在每臺SCR反應(yīng)器進出口各布置1套MRU型煙氣分析儀(見圖1)。煙氣經(jīng)不銹鋼管引出，再經(jīng)過水洗除塵、除濕、冷卻等處理，最后被接入煙氣分析儀進行分析。

圖1 煙氣采集與分析系統(tǒng)

利用2套煙氣分析儀，同時在反應(yīng)器的進出口逐點對煙氣中的NO與O2含量進行實時分析，最終獲得煙道截面的NOx濃度分布情況。A側(cè)反應(yīng)器入口和出口NOx濃度分布參見圖2，B側(cè)反應(yīng)器入口和出口NOx濃度分布參見圖3。

圖2 A側(cè)反應(yīng)器入口和出口NOx分布

圖3 B側(cè)反應(yīng)器入口和出口NOx分布

根據(jù)NOx濃度分布測試可以看出，鍋爐脫硝系統(tǒng)A側(cè)入口NOx濃度最高值為597 mg/m3，最低值為533 mg/m3，平均值為572 mg/m3；B側(cè)入口NOx濃度最高值為627mg/m3，最低值為558 mg/m3，平均值為601 mg/m3；脫硝系統(tǒng)A側(cè)出口NOx濃度最高值為240 mg/m3，最低值為26 mg/m3，平均值為126 mg/m3；B側(cè)出口NOx濃度最高值為288 mg/m3，最低值為32 mg/m3，平均值為154 mg/m3。由此可以分析得出鍋爐脫硝系統(tǒng)A、B側(cè)入口煙道NOx濃度分布相對均勻，而經(jīng)過SCR反應(yīng)器后脫硝系統(tǒng)A、B側(cè)出口NOx濃度在煙道中分布差異較大，進而可以推斷各噴氨格柵的噴氨量可能存在不均勻的情況，這導(dǎo)致SCR反應(yīng)器出口NOx濃度在煙道中分布有較大差異。

3.2 NH3逃逸濃度測試

根據(jù)SCR反應(yīng)器出口截面的NOx濃度分布情況，分別在鍋爐A、B側(cè)SCR反應(yīng)器出口選取至少3個代表點作為NH3取樣點。氨逃逸樣品采用化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)溶液法采集，同時記錄所采集的煙氣流量和O2濃度。通過分析樣品溶液中的氨濃度，并根據(jù)所采集的煙氣流量和O2濃度，計算各采集點處煙氣中干基NH3濃度。煙氣中的NH3取樣系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 煙氣中的NH3取樣系統(tǒng)

調(diào)整前各取樣點氨逃逸濃度測試值見表1。根據(jù)NH3逃逸濃度測試，可以看出NH3逃逸濃度最大氨逃逸值為5.54，最小氨逃逸值為1.22，平均氨逃逸值為3.104，由此可以分析得出NH3逃逸濃度在煙道中同樣存在分布差異較大的情況，進一步證明各噴氨格柵的噴氨量不均勻。

表1 調(diào)整前各取樣點氨逃逸濃度測試值 μL/L

4 噴氨優(yōu)化對策實施

4.1 確定噴氨優(yōu)化對策

目前噴氨系統(tǒng)優(yōu)化主要從煙道流場優(yōu)化、噴氨格柵板改造、儀表分區(qū)測量改造及控制系統(tǒng)優(yōu)化等方面進行。電廠技術(shù)人員討論分析NOx濃度分布測試結(jié)果及NH3逃逸濃度測試結(jié)果后，再結(jié)合生產(chǎn)費用、工期及機組運行情況，可嘗試在不對原有設(shè)備進行改造的前提下，先通過調(diào)整SCR反應(yīng)器入口各噴氨格柵手動蝶閥開度來優(yōu)化SCR反應(yīng)器噴氨量，看能否改變鍋爐脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度和NH3逃逸濃度分別在煙道中分布差異較大的情況，最后再根據(jù)調(diào)整后的效果進一步研究是否需要進行更進一步的噴氨系統(tǒng)優(yōu)化。該方案不但可以最大限度節(jié)省改造費用、節(jié)約時間，而且不影響機組正常運行。

4.2 對策實施

噴氨優(yōu)化實施條件：機組負荷穩(wěn)定；煤質(zhì)穩(wěn)定；鍋爐側(cè)無重大設(shè)備操作。

滿足上述條件后，電廠技術(shù)人員在噴氨格柵出口處對NOx濃度進行連續(xù)測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)對脫硝系統(tǒng)入口各噴氨格柵手動蝶閥開度進行多輪次反復(fù)調(diào)節(jié)，以最大限度提高反應(yīng)器出口NOx濃度分布的均勻性。粗調(diào)完成后，電廠技術(shù)人員選擇機組高、中、低3個不同負荷工況，分別對脫硝系統(tǒng)出口煙道內(nèi)NOx濃度分布情況進行測量后，再對NOx濃度偏差相對較大的區(qū)域進行微調(diào)修正，調(diào)整結(jié)果見圖5。同時測量氨逃逸濃度。如果實施條件不具備，至少要選擇2種不同負荷工況進行比對修正，以使優(yōu)化效果達到最佳值。

圖5 脫硝系統(tǒng)A、B側(cè)出口調(diào)整前后對比

調(diào)整后各取樣點氨逃逸濃度測試值見表2。調(diào)整后，機組在450 MW負荷工況下脫硝系統(tǒng)A側(cè)出口NOx濃度最高值為66 mg/m3，比調(diào)整前最高值降低了174 mg/m3，最低值為56 mg/m3，比調(diào)整前最低值提高了30 mg/m3，平均值為61 mg/m3，比調(diào)整前平均值降低了65 mg/m3；B側(cè)出口NOx濃度最高值為77 mg/m3，比調(diào)整前最高值降低了211 mg/m3，最低值為52 mg/m3，比調(diào)整前最低值提高了20 mg/m3，平均值為64 mg/m3，比調(diào)整前平均值降低了90 mg/m3；NH3逃逸濃度最大氨逃逸值為3.43，比調(diào)整前最大氨逃逸值降低了2.11，最小氨逃逸值為2.25，比調(diào)整前最小氨逃逸值提高了1.03，平均氨逃逸值為2.818，比調(diào)整前平均氨逃逸值降低了0.286。由此可見，通過對脫硝系統(tǒng)入口各噴氨格柵手動蝶閥開度進行多輪次反復(fù)調(diào)節(jié)后，脫硝系統(tǒng)A、B側(cè)出口NOx濃度平均值均大幅下降，平均氨逃逸值也有所降低，煙道內(nèi)NOx濃度與NH3逃逸濃度分布均勻性均大幅提升，達到了預(yù)期調(diào)整效果。

表2 調(diào)整后各取樣點氨逃逸濃度測試值 μL/L

5 經(jīng)濟效益

本次優(yōu)化后，鍋爐脫硝系統(tǒng)出口NOx均勻性得到明顯改善，在確保NOx濃度達到環(huán)保排放指標(biāo)的前提下，不僅減少了液氨耗量，氨逃逸平均值也由3.104 μL/L降低至2.818 μL/L。據(jù)統(tǒng)計，2020年液氨單耗為8.66 kg/(萬kW·h)，調(diào)試后液氨單耗為7.99 kg/(萬kW·h)，降低了0.67 kg/(萬kW·h)，按照全年發(fā)電量279 221.8萬kW·h計算，2021年節(jié)約液氨187.07 t，液氨單價為4 500元/t，則節(jié)省液氨費用約84萬元。氨逃逸濃度在煙道中分布均勻性有較大提升，氨逃逸均值有所降低，對改善空預(yù)器堵塞及提高電除塵效率都有積極的作用。其安全效益和經(jīng)濟效益非常突出。

6 結(jié)論

在云南火電利用小時數(shù)普遍偏低、電廠生產(chǎn)費用緊張的大環(huán)境下，運用上述方法不但解決了鍋爐脫硝系統(tǒng)出口NOx分布不均、NH3逃逸濃度較高的問題，而且沒有新增額外的設(shè)備，這對生產(chǎn)費用緊張的火電企業(yè)來說無疑是一種值得借鑒的噴氨優(yōu)化調(diào)節(jié)方法。隨著全國用電量不斷增大，火電企業(yè)利用小時數(shù)提高后，可根據(jù)情況開展煙道流場優(yōu)化、噴氨控制系統(tǒng)邏輯優(yōu)化、儀表分區(qū)改造及噴氨格柵板改造等此類需增加資金投入的后續(xù)優(yōu)化措施。