某電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)氨分布均勻性試驗(yàn)與分析

王中偉，劉艇安，李 響，于麗新

（1.國家電投東北電力有限公司，遼寧 沈陽 110181；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179；3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

某電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)氨分布均勻性試驗(yàn)與分析

王中偉1，劉艇安2，李 響3，于麗新2

（1.國家電投東北電力有限公司，遼寧 沈陽 110181；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179；3.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

通過對(duì)某電廠SCR脫硝系統(tǒng)出入口煙氣流速、NOx濃度以及氧含量等參數(shù)測試，調(diào)節(jié)噴氨量，進(jìn)行氨分布均勻性試驗(yàn)。結(jié)果表明，該電廠SCR脫硝系統(tǒng)氨均布調(diào)整試驗(yàn)前A、B側(cè)出口煙氣中NOx濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，分別為80%和78%，煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布不匹配；氨均布調(diào)整試驗(yàn)后煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布相匹配，A、B側(cè)煙氣NOx濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，分別為14%和17%，脫硝效率和脫硝出口煙氣中NH3濃度滿足性能保證值。

脫硝系統(tǒng)；脫硝效率；氨濃度

近年來由于空氣質(zhì)量不斷下降，環(huán)保部門對(duì)燃煤電廠排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，而煙氣中NOx濃度是環(huán)保控制排放的主要指標(biāo)之一。目前針對(duì)NOx濃度控制的方法主要有加設(shè)低氮燃燒器，在鍋爐頂部和出口分別加設(shè)SNCR裝置及SCR裝置等。SCR脫硝裝置具有反應(yīng)溫度低、反應(yīng)產(chǎn)物清潔、脫硝效率高、布置靈活以及技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用［1-2］。

在電廠實(shí)際運(yùn)行過程中，由于供給氨氣不純、吹灰不及時(shí)或吹灰效果差等原因，存在管道腐蝕以及催化劑堵塞等問題，其中氨分布不均導(dǎo)致后果最為嚴(yán)重，若供給氨分布不均會(huì)使脫硝出口NOx濃度升高以及氨逃逸，從而導(dǎo)致NOx排放不達(dá)標(biāo)以及SCR后的設(shè)備腐蝕、空預(yù)器堵塞甚至電除塵器極線結(jié)球等問題。因此對(duì)該電廠1號(hào)機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)改造后進(jìn)行氨分布均勻性調(diào)整和測試，以實(shí)現(xiàn)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)改造后氨分布均勻的目的。

1 試驗(yàn)設(shè)備及方法

1.1 鍋爐

該電廠鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造，型號(hào)為HG-1165/17.5-HM3，為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的∏型汽包爐。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷（BMCR工況）為設(shè)計(jì)參數(shù)，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 165 t/h；機(jī)組電負(fù)荷為350MW（TRL工況）時(shí)，鍋爐額定蒸發(fā)量為1 109 t/h，水壓試驗(yàn)時(shí)水容積547 t，鍋爐主要參數(shù)見表1。

表1 鍋爐熱力性能主要參數(shù)

1.2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)

電廠現(xiàn)有SCR煙氣脫硝反應(yīng)系統(tǒng)由SCR催化反應(yīng)器、氨氣混合和噴射系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、蒸汽和聲波吹灰系統(tǒng)以及SCR控制系統(tǒng)組成。脫硝反應(yīng)器位于鍋爐省煤器后空預(yù)器前，氨噴射格柵放置在SCR反應(yīng)器上游的位置。煙氣在鍋爐出口處被平均分成兩路，每路煙氣并行進(jìn)入1臺(tái)垂直布置的SCR反應(yīng)器里，即每臺(tái)鍋爐配有2臺(tái)反應(yīng)器，在反應(yīng)器里煙氣向下流過均流板、催化劑層，隨后進(jìn)入回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、靜電除塵器、引風(fēng)機(jī)和脫硫系統(tǒng)，最后通過煙塔合一的煙囪排入大氣。

通過氨噴射器將氨噴射到反應(yīng)器上游的煙道中，并使之與煙氣均勻混合。然后煙氣進(jìn)入反應(yīng)器中，并通過催化劑層，氨作為還原劑與煙氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)。

SCR反應(yīng)器煙氣豎直向下流動(dòng)，反應(yīng)器進(jìn)出口段設(shè)置導(dǎo)流板，入口處設(shè)氣流均布整流裝置，以達(dá)到催化劑對(duì)煙氣分布、溫度分布等要求。

每臺(tái)反應(yīng)器中的催化劑按2＋1層設(shè)計(jì)，初裝2層，預(yù)留1層。催化劑為全陶瓷、整體具有活性的蜂窩式催化劑。在設(shè)計(jì)煤種及校核煤種、鍋爐最大連續(xù)出力工況（BMCR）、處理100%煙氣量、入口NOx濃度不大于400 mg/Nm3時(shí)，脫硝效率不小于80%（氨逃逸小于3 μL/L）。現(xiàn)有SCR煙氣脫硝設(shè)備主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 現(xiàn)有SCR煙氣脫硝設(shè)備主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1.3 試驗(yàn)儀器及方法

依據(jù)GB/T 21509—2008《燃煤煙氣脫硝技術(shù)裝備》、DL/T 260—2012《燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范》、DL/T 296—2011《火電廠煙氣脫硝技術(shù)導(dǎo)則》，采用傅里葉變換紅外光譜儀Gasmet Dx4000、煙氣分析儀TSETO340、S型皮托管、熱電偶對(duì)SCR出入口煙氣氧量、NOx濃度、煙氣溫度、煙氣動(dòng)壓等參數(shù)進(jìn)行測試，見表3。

表3 試驗(yàn)項(xiàng)目及方法

1.4 試驗(yàn)工況和條件

經(jīng)與電廠協(xié)商，1號(hào)機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)氨分布均勻性試驗(yàn)選取在鍋爐蒸發(fā)量為950 t/h的工況下進(jìn)行。

試驗(yàn)期間，鍋爐負(fù)荷應(yīng)穩(wěn)定在要求負(fù)荷左右，最大波動(dòng)幅度不超過±5%；試驗(yàn)期間，燃燒煤種、煤質(zhì)基本不變、燃料配比不變；試驗(yàn)期間，制粉系統(tǒng)固定運(yùn)行方式，給粉均勻；甲乙側(cè)引風(fēng)機(jī)擋板開度不變，送風(fēng)機(jī)可根據(jù)需要做少許調(diào)節(jié)，以保證煙氣量和煙塵量均勻穩(wěn)定；試驗(yàn)期間，鍋爐不投油槍助燃，不吹灰。

1.5 計(jì)算方法

1.5.1 標(biāo)準(zhǔn)偏差

1.5.2 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)入口流速及NOx濃度測試結(jié)果

氨均布試驗(yàn)調(diào)整前，需對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣流場和NOx濃度場進(jìn)行標(biāo)定，SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣流場和NOx濃度場分布對(duì)氨均布調(diào)整具有一定的影響，因此按照網(wǎng)格法，將每一側(cè)煙道劃分為6×4網(wǎng)格，對(duì)入口煙氣流場和NOx濃度場逐點(diǎn)進(jìn)行測量。若脫硝入口某點(diǎn)位相應(yīng)流場較大，則應(yīng)考慮增加相應(yīng)點(diǎn)位噴氨量，以保證出口NOx濃度值相對(duì)均勻。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)入口流速及NOx濃度測試結(jié)果見表4。

表4 入口煙氣流速測試結(jié)果 m/s

從1號(hào)機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)入口流速測試結(jié)果可知，A、B側(cè)煙氣流速相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為13%和18%，其中B側(cè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差大于GB/T 21509—2008《燃煤煙氣脫硝技術(shù)裝備》中規(guī)定的催化劑入口流速標(biāo)準(zhǔn)偏差小于15%的要求。

脫硝入口NOx濃度是氨均布調(diào)整參考的重要指標(biāo)之一，脫硝入口 NOx濃度分布見圖 1和圖2。

從圖1和圖2可知，SCR煙氣脫硝系統(tǒng)A側(cè)和B側(cè)入口NOx（標(biāo)干、6%O2）濃度分布較為均勻，測試后經(jīng)計(jì)算可知，脫硝入口A側(cè)NOx（標(biāo)干、6%O2）平均濃度為346 mg/Nm3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4%；B側(cè) NOx（標(biāo)干、6%O2）平均濃度為328 mg/Nm3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3%。

2.2 氨均布調(diào)整結(jié)果

圖1 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)入口A側(cè)NOx濃度測試結(jié)果

圖2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)入口B側(cè)NOx濃度測試結(jié)果

2.2.1 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)調(diào)整前出口NOx濃度

從圖3和圖4可知，1號(hào)機(jī)組調(diào)整前SCR煙氣脫硝系統(tǒng)出口煙氣中NOx（標(biāo)干、6%O2）濃度測試結(jié)果為A、B側(cè)煙氣中NOx（標(biāo)干、6%O2）濃度平均值分別為28 mg/Nm3和71 mg/Nm3。A、B側(cè)煙氣中NOx（標(biāo)干、6%O2）濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為80%和78%，說明煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布不匹配。

2.2.2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)調(diào)整后出口NOx濃度

圖3 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)調(diào)整前出口A側(cè)NOx濃度

從圖5和圖6可知，通過調(diào)整噴氨閥門開度以及NOx濃度測試后，1號(hào)機(jī)組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)出口煙氣中NOx（標(biāo)干、6%O2）濃度測試結(jié)果為A、B側(cè)煙氣中NOx（標(biāo)干、6%O2）濃度平均值分別為20 mg/Nm3和31 mg/Nm3，平均濃度為25.5 mg/Nm3。A、B側(cè)煙氣中NOx（標(biāo)干、6%O2）濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為14%和17%，說明煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布相匹配。

2.2.3 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)調(diào)整后脫硝效率和出口NH3濃度

圖4 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)調(diào)整前出口B側(cè)NOx濃度

圖5 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)調(diào)整后出口A側(cè)NOx濃度

圖6 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)調(diào)整后出口B側(cè)NOx濃度

在脫硝系統(tǒng)中，還原劑NH3與NO和NO2發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，而幾乎不與煙氣中的O2發(fā)生反應(yīng)，降低了還原劑的消耗。然而由于流場分布、噴氨量、在線儀表精度以及噴嘴堵塞等原因［3］，一部分NH3未與NOx發(fā)生反應(yīng)而直接從脫硝出口排出。在脫硝后設(shè)備低溫段，當(dāng)煙氣中SO3的環(huán)境溫度低于其露點(diǎn)時(shí)，會(huì)與逃逸NH3發(fā)生反應(yīng)生成硫酸氫氨，硫酸氫氨具有粘性且清除困難，因此常造成空預(yù)器冷端堵塞。

在氨均布調(diào)整期間，噴氨量不均或噴氨量過大會(huì)造成局部氨逃逸發(fā)生。因此，為保證脫硝效率同時(shí)避免在測試期間產(chǎn)生氨逃逸，在脫硝出口對(duì)NH3濃度進(jìn)行測試，同時(shí)根據(jù)調(diào)整后脫硝入口 NOx濃度（原煙氣）濃度和出口 NOx濃度（凈煙氣）測試結(jié)果對(duì)脫硝效率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 調(diào)整后SCR煙氣脫硝系統(tǒng)脫硝效率和氨逃逸結(jié)果

從表5可看出，氨均布調(diào)整后，脫硝系統(tǒng)A側(cè)和B側(cè)脫硝效率分別為94.2%和90.5%，脫硝系統(tǒng)脫硝效率平均值為92.5%（＞88%），滿足性能保證值。脫硝出口A側(cè)和B側(cè)NH3濃度分別為2.02 μL/L和2.15 μL/L（＜3 μL/L），滿足性能保證值。

3 結(jié)論

a.該電廠SCR脫硝系統(tǒng)氨均布調(diào)整試驗(yàn)前煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布不匹配，A、B側(cè)煙氣中NOx（標(biāo)干、6%O2）濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為80%和78%，偏差較大。

b.氨均布調(diào)整試驗(yàn)后煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布相匹配。A、B側(cè)煙氣 NOx（標(biāo)干、6%O2）濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為14%和17%，偏差較小。

c. 氨均布調(diào)整試驗(yàn)后，脫硝系統(tǒng)A側(cè)和B側(cè)脫硝效率分別為94.2%和90.5%（＞88%），滿足性能保證值。脫硝出口A側(cè)和B側(cè)NH3濃度分別為2.02 μL/L和2.15 μL/L（＜3 μL/L），滿足性能保證值。

［1］王 智，賈瑩光，祁 寧.燃煤電站鍋爐及 SCR脫硝中SO3的生成及危害 ［J］.東北電力技術(shù)，2005，26（9）：1 -3.

［2］趙宗林，閆 冰，董建勛.燃煤電站氮氧化物控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與國產(chǎn)化策略 ［J］.東北電力技術(shù)，2006，27（4）：14 -17.

［3］張志強(qiáng)，宋國升，陳崇明，等.某電廠600 MW機(jī)組SCR脫硝過程氨逃逸原因分析 ［J］.電力建設(shè)，2012，33（6）：67-70.

Test and Analysis of Uniforming Ammonia Distribution of SCR Fue Gas Denitrification System in Given Power Plant

WANG Zhongwei1，LIU Ting'an2，LI Xiang3，YU Lixin2
（1.Northeast Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110181，China；2.Liaoning Dongke Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110179，China；3.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

The ammonia distribution uniformity test is carried out by measuring the parameters with flow rate，NOxconcentration and oxygen content in the exit and inlet of SCR denitrification system.The result shows that the relative standard deviation of NOxconcen?tration in the exit of A and B side is 80%and 78%respectively，the NH3concentration distribution does not match with the distribu?tion of NOxconcentration in the SCR flue gas denitrification system.The NH3concentration matches with the distribution of NOxconcen?tration after tests，Its relative standard deviations is 14%and 17%respectively.The denitrification efficiency and NH3concentration meet the requirements of performance guaranteed value.

denitrification system；denitrification efficiency；ammonia concentration.

X701

A

1004-7913（2017）03-0024-04

王中偉（1963），男，高級(jí)工程師，主要從事火電廠環(huán)保相關(guān)設(shè)計(jì)與管理工作。

2017-01-05）