超臨界鍋爐SCR脫硝噴氨優化調整

張燕強 柯偉良 周秋樂

（茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名 525000）

超臨界鍋爐SCR脫硝噴氨優化調整

張燕強 柯偉良 周秋樂

（茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名 525000）

近年來，隨著環保要求越來越嚴格，SCR煙氣脫硝裝置逐漸成為火力發電機組的必備裝備。SCR脫硝裝置具有運行可靠、脫硝效率高的優點，但若運行調整不當，很容易造成空預器堵塞，影響鍋爐的經濟性，甚至需要停爐處理。文章主要介紹SCR脫硝裝置運行中的調整優化，以保證機組安全經濟穩定運行。

SCR脫硝；噴氨調整；氨逃逸；空預器堵塞

1 前言

隨著環保排放標準的不斷提高，脫硝系統已經成為火電機組的標配，且大部分采用SCR煙氣脫硝技術。SCR脫硝技術具有運行穩定可靠、脫硝效率高的優點，但在實際的應用過程中，也反映出很多問題，如氨氣不純帶來的管道腐蝕、閥門堵塞、吹灰控制不理想造成催化劑堵塞甚至損壞、因氨逃逸造成空預器堵塞等，都影響機組的安全穩定運行。其中因噴氨不均造成空預器堵塞的問題尤其突出，噴氨控制不當會引起空預器嚴重堵塞，嚴重影響機組的經濟性，甚至需要被迫停機處理，應引起足夠的重視。因此，十分有必要對SCR裝置進行噴氨優化調整，即通過調整SCR入口每根噴氨支管上的手動閥門，改變不同位置的噴氨量，從而改善出口 NOx和NH3分布的均勻性，在保證裝置脫硝效果的同時，減少裝置的運行成本，提高裝置的可用率。

某公司600MW超臨界機組于2014年出投產，配套的脫硝系統采用 SCR煙氣脫硝技術，反應器內按“2+1”模式布置蜂窩式催化劑，每層催化劑上方設 3支耙式蒸汽吹灰器以保持催化劑表面清潔。來自公用系統的氨氣與稀釋風混合后經噴氨格柵（AIG）進入SCR煙道，氨噴射采用格柵式小噴嘴，每側煙道的噴氨格柵分20組，對應20根氨氣支管，每根支管設手動蝶閥實現煙道截面上的氨噴射流量分區控制。在設計工況、處理100%煙氣量、布置2層催化劑條件下脫硝效率不小于85%，氨的逃逸率不大于3ppm，SO2/SO3轉化率小于1%。

2 煙氣脫硝的氨逃逸問題

選擇性催化還原法脫硝（SCR）的原理是在催化劑作用下，還原劑NH3在290～400℃下有選擇的將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發生NH3與O2的氧化反應，從而提高了N2的選擇性，減少了NH3的消耗。其中主要反應如下：

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

8NH3+6NO2=7N2+12H2O

脫硝過程中同時也會發生一些不利的副反應，催化劑中的活性成份V2O5在催化降解NOx的過程中，也會對SO2的氧化起一定催化作用。SO2/SO3轉化率隨活性成份V2O5含量、煙氣溫度的增加而上升。另外，鍋爐燃燒也會產生一部分SO3，逃逸的氨和 SO3發生反應，生成硫酸銨和硫酸氫銨，其反應如下：

2SO2+O2→2SO3

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O→(NH4)2SO4

硫酸銨為干燥固體粉末，對空預器幾乎無影響，而硫酸氫銨是一種粘性很強的物質，當其到達空預器冷端時，由于溫度低于硫酸氫銨熔點，它會凝結在換熱元件上，同時煙氣中的粉塵也會附著在上面，很難將其清除。如果產生的硫酸氫銨量達到一定程度，就很容易導致空預器的堵塞，危及到機組的安全運行。

3 噴氨優化方案和措施

進行脫硝系統的優化調整，其目的是為了合理控制脫硝副反應發生的程度，在保證脫硝效率的同時使氨逃逸量達到最小。由于反應器入口煙道內煙氣分布的均勻性主要通過反應器入口煙道的導流板實現，噴氨格柵的均勻性需要通過調整每一路供氨支管上的手動調節閥開度來實現，優化試驗根據NOx的濃度場和煙氣流場分布情況調整供氨閥的開度大小來進行，最終使反應器出口的NOx分布均勻穩定。調整期間的測試采用網格法，測點布置分別如圖1、圖2所示。

圖1 現場測量示意圖

位置1：SCR 反應器進口，測量煙氣動壓、靜壓、NOx、O2；

位置2：SCR 反應器出口，測量煙氣NOx、O2、NH3。

圖2 脫硝反應器進/出口截面測孔位置示意圖

3.1 優化調整前摸底試驗

在機組 600MW 負荷條件下，調節噴氨流量，使脫硝效率達到設計值，測量SCR反應器進口的NOx 濃度分布和煙氣流場，測量SCR反應器出口的NOx 濃度分布，初步評估脫硝裝置的效率和噴氨流量分配狀況。測試結果如下：

表1 調整前600MW 工況反應器進口NO、O2和動壓測量數據

測點位置 進口N O（p p m） 進口O2（%） 折算后N O x ( m g / m2) 進口動壓( P a ) B 1 1 8 3 . 6 3 . 3 3 1 8 . 9 7 1 8 0 B 2 1 8 5 . 4 3 . 0 3 1 6 . 7 3 1 3 2 B 3 1 8 4 . 8 2 . 8 3 1 2 . 2 3 1 0 3 B 4 1 8 3 . 9 2 . 6 3 0 7 . 3 3 3 6 7 B 5 1 8 3 . 6 2 . 4 3 0 3 . 5 3 1 2 2 B 6 1 9 1 . 0 2 . 4 3 1 5 . 7 7 1 2 8 B 7 1 9 4 . 5 2 . 2 3 1 8 . 1 3 1 0 2 B 8 1 9 9 . 3 2 . 1 3 2 4 . 2 6 1 7 8 B 9 2 0 0 . 5 1 . 8 3 2 1 . 1 1 1 8 0 B 1 0 1 9 5 . 1 1 . 5 3 0 7 . 6 6 1 3 2

從表1 可以看出在600MW 負荷工況下，A 側反應器進口的煙氣流速分布呈現由低到高再到低，很不均勻，B 側反應器進口的煙氣流速分布則比較均勻；A 側反應器進口的NOx 濃度分布兩側高中部低，而B 側反應器進口的NOx 濃度分布比較均勻。

表2 調整前600MW 工況反應器出口NO、O2測量數據

從表2可以看出A 側反應器出口的NOx 濃度分布呈現靠反應器中部低，外側高，且偏差很大；B 側反應器出口的NOx 濃度分布呈現雙駝峰型，且偏差很大，如圖3 所示。

圖3 調整前反應器出口NOx 分布圖

3.2 調整前脫硝系統運行狀況

在 600MW 負荷穩定工況下，調整脫硝入口 NOx小于350mg/m3，脫硝效率 86%以上，兩側噴氨量約 130kg/h和150kg/h，稀釋風量約5150m3/h和5745m3/h，出口NOx 濃度約40mg/m3。

3.3 噴氨優化調整

在機組600MW 負荷下，根據摸底試驗的情況，對反應器入口煙道上的噴氨格柵手動閥開度進行反復調整，提高反應器出口的NOx濃度分布均勻性。最終調整后的測試結果如下：

表3 調整后600MW 工況反應器進/出口測量數據

計算A、B 側反應器入口平均NOx 濃度為304.92mg/m3、309.72mg/m3，出口平均 NOx濃度為 33.68 mg/m3、37.25 mg/m3，兩側脫硝效率分別為 88.95%、87.97%，兩側反應器出口NOx濃度標準偏差分別為12.66%、12.90%。兩側反應器出口NOx濃度如圖4 所示。

圖4 調整前反應器出口NOx 分布圖

3 . 4 調整后脫硝系統運行狀況

在穩定 6 0 0 M W負荷工況下，調整脫硝入口 N O x小于3 5 0 m g / m3，A、B側反應器脫硝效率為8 8 . 9 5 %、8 7 . 9 7 %，兩側出口N O x 濃度標準偏差為1 2 . 6 6 %、1 2 . 9 0 %，氨逃逸濃度最大為1 . 2 8 p p m、1 . 2 5 p p m，兩側噴氨量約1 2 0 k g / h、1 4 0 k g / h，稀釋風量約4 6 1 0和5 4 5 0 m3/ h，出口N O x 濃度約4 5 m g / m3。

4 結論

根據最終的檢測結果，脫硝反應器A、B側出口N O x濃度的標準偏差已經分別下降至1 2 . 6 6 %和1 2 . 9 0 %，脫硝效率大于8 5 %，比調整前高約2 . 0 %，而噴氨量每側減少約1 0 K g / h，達到了比較好的效果。目前應對氨逃逸問題和空預器堵塞的方法越來越多，但從安全和經濟的角度來講，通過噴氨優化的方式來解決仍然是有效和直接的。

SCR deNOx ammonia injection of supercritical boiler optimization

In recent years, with increasingly strict environmental requirements, SCR deNOx installations become essential equipment for thermal power generating units. SCR denitrification facility has the advantage of running reliability and high efficiency, but if adjusted properly, it is easy to cause blockage of air preheater, affect the economy of boiler, even stopping treatment. This paper mainly introduces the adjustment and optimization of SCR denitrification facility in operation to ensure the safe and stable operation of the unit.

SCR denitrification; ammonia spray adjustment; ammonia escape; air preheater blocking

TK22;X5

A

1008-1151(2016)10-0034-03

2016-09-09

張燕強，茂名臻能熱電有限公司高級工程師，從事鍋爐技術工作。