670 MW機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化試驗(yàn)研究

李其浩，姜仕濤

（1.華電國際電力股份有限公司技術(shù)服務(wù)中心，濟(jì)南 250014；華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島 266031）

·發(fā)電技術(shù)·

670 MW機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化試驗(yàn)研究

李其浩1，姜仕濤2

（1.華電國際電力股份有限公司技術(shù)服務(wù)中心，濟(jì)南 250014；華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島 266031）

以華電濰坊發(fā)電有限公司670 MW機(jī)組SCR煙氣脫硝裝置為研究對(duì)象，通過調(diào)整各噴氨支管閥門開度、SCR出口NOx濃度最低控制值試驗(yàn)，提高SCR出口NOx濃度分布均勻性，確定出口NOx濃度合理控制值，降低氨逃逸。結(jié)果表明，噴氨優(yōu)化試驗(yàn)后，A、B側(cè)反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別由25.46%、31.91%降至9.55%、11.48%；綜合考慮各項(xiàng)因素，建議機(jī)組SCR出口NOx質(zhì)量濃度運(yùn)行控制值高于35 mg／m3，可避免正常運(yùn)行中氨逃逸高于設(shè)計(jì)值的現(xiàn)象。

煙氣脫硝；SCR；優(yōu)化；最低氮氧化物控制值；氨逃逸

0 引言

隨著我國對(duì)火電機(jī)組NOx執(zhí)行超低排放的要求，部分機(jī)組出現(xiàn)噴氨量大，氨（NH3）逃逸率高，鍋爐空預(yù)器差壓異常升高的現(xiàn)象，甚至影響機(jī)組正常運(yùn)行，因此要求鍋爐選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝系統(tǒng)更高效、更穩(wěn)定地運(yùn)行。SCR脫硝技術(shù)的核心是催化劑和氨噴射混合系統(tǒng)，其中氨噴射混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣和實(shí)際運(yùn)行中噴氨的合理性影響脫硝裝置第一層催化劑入口截面的NH3／NOx摩爾比及其分布，進(jìn)而影響到整體脫硝效率、氨逃逸率及空預(yù)器硫酸氫銨堵塞程度［1-5］。在滿足NOx排放質(zhì)量濃度不超過50 mg／m3的原則下，確定合理的SCR出口NOx濃度控制值非常重要，如果出口NOx濃度控制值過低，會(huì)造成噴氨過量，氨逃逸增加，空預(yù)器壓差升高。

以華電濰坊發(fā)電有限公司670 MW機(jī)組SCR煙氣脫硝裝置為研究對(duì)象，通過對(duì)SCR噴氨系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，提高NH3／NOx摩爾比分布的均勻性；通過對(duì)SCR出口NOx濃度不同控制值試驗(yàn)，確定運(yùn)行中最低出口NOx濃度控制值。在NOx達(dá)標(biāo)排放的前提下，盡量減少噴氨量，降低NH3逃逸，減輕空預(yù)器堵塞和對(duì)鍋爐運(yùn)行不利影響。

1 研究對(duì)象和試驗(yàn)方法

1.1 研究對(duì)象

機(jī)組鍋爐是上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，型號(hào)為SG-2102／25.4-M954。設(shè)計(jì)煤種為山西晉中地區(qū)貧煤，采用低NOx同軸燃燒系統(tǒng)（LNCFS），煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式。機(jī)組煙氣脫硝采用高灰型 SCR工藝，布置三層板式催化劑，還原劑為液氨。脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1。該機(jī)組設(shè)置A、B兩套SCR反應(yīng)器，每套噴氨系統(tǒng)設(shè)置18支手動(dòng)蝶閥，編號(hào)A1，A2，…，A18，B1，B2，…，B18，兩支相鄰蝶閥一組，單號(hào)蝶閥對(duì)應(yīng)煙道深的部分，雙號(hào)蝶閥對(duì)應(yīng)煙道淺的部分。

表1 脫硝設(shè)計(jì)參數(shù)及性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

每套SCR反應(yīng)器入口、出口煙道均勻布置8個(gè)法蘭測(cè)孔 （由A至B反應(yīng)器依次編號(hào)A1，A2，…，A8，B1，B2，…，B8）進(jìn)行煙氣取樣，每個(gè)測(cè)孔煙氣取樣深度分別為1.0 m、2.0 m、3.0 m，編號(hào)分別為p1、p2、p3。

根據(jù)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》，通過網(wǎng)格法，采用VARIO plus煙氣分析儀，測(cè)量SCR入口、出口NOx濃度，采用LDAS-3000激光測(cè)試儀，測(cè)量SCR出口NH3濃度。

表2 優(yōu)化前A側(cè)、B側(cè)SCR入口實(shí)測(cè)NOx質(zhì)量濃度 mg/m3

表3 優(yōu)化前A側(cè)、B側(cè)SCR出口實(shí)測(cè)NOx質(zhì)量濃度 mg/m3

2 結(jié)果與討論

2.1 噴氨系統(tǒng)優(yōu)化試驗(yàn)

在同一鍋爐負(fù)荷下，根據(jù)噴氨優(yōu)化試驗(yàn)測(cè)試的出口各測(cè)點(diǎn)NOx質(zhì)量濃度原始數(shù)據(jù)，調(diào)整NOx相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差大所對(duì)應(yīng)的噴氨支管閥門開度，再次測(cè)量各測(cè)點(diǎn)NOx質(zhì)量濃度。通過多次調(diào)整噴氨支管閥門開度，直至NOx濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差低于15%。

噴氨系統(tǒng)優(yōu)化前，A、B側(cè)SCR入口NOx質(zhì)量濃度見表2，SCR出口NOx質(zhì)量濃度見表3，SCR出口NH3體積分?jǐn)?shù)見表4。從表3、表4可以看出，SCR出口濃度分布不均勻，A、B側(cè)反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為25.46%、31.91%，對(duì)應(yīng)NOx質(zhì)量濃度低的區(qū)域，氨逃逸較高，尤其是在A1p2（3.0 m）測(cè)點(diǎn)處，NH3體積分?jǐn)?shù)達(dá)到3.0 μL／L，說明SCR反應(yīng)器第一層催化劑入口截面NH3／NOx摩爾比分布不均勻，需要對(duì)噴氨格柵各噴氨支管流量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

噴氨系統(tǒng)優(yōu)化后，A、B側(cè)SCR出口NOx質(zhì)量濃度見表5，SCR出口NH3體積分?jǐn)?shù)見表6。SCR反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度分布均勻性得到較大改善，A側(cè)出口NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差由25.46%降至9.55%，B側(cè)出口NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差由31.91%降至11.48%，A、B側(cè)SCR出口氨逃逸體積分?jǐn)?shù)分別由 1.1μL／L、0.9 μL／L降至 0.64 μL／L、0.76 μL／L，說明SCR反應(yīng)器第一層催化劑入口截面NH3／NOx摩爾比分布均勻性得到較大的改善。

2.2 SCR出口NOx質(zhì)量濃度最低控制值試驗(yàn)

同一鍋爐負(fù)荷下，逐步降低A、B側(cè)SCR出口NOx質(zhì)量濃度運(yùn)行控制值，增加噴氨量，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)各代表點(diǎn)的NOx質(zhì)量濃度和氨逃逸率，當(dāng)氨逃逸率大于2.5 μL／L時(shí)所對(duì)應(yīng)的NOx質(zhì)量濃度即為最低運(yùn)行控制值。

A側(cè)SCR最低NOx質(zhì)量濃度控制值試驗(yàn)結(jié)果見表7。逐步降低出口NOx質(zhì)量濃度運(yùn)行控制值至30 mg／m3、25 mg／m3、20 mg·m-3，噴氨量逐漸增加，脫硝效率逐漸增加，氨逃逸也逐漸增加，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量代表點(diǎn)氨逃逸體積分?jǐn)?shù)分別為 1.12 μL／L、1.60 μL／L、4.00 μL／L。當(dāng)出口NOx質(zhì)量濃度運(yùn)行控制值由25 mg／m3降至20 mg／m3時(shí)，噴氨量增幅較大，氨逃逸體積分?jǐn)?shù)達(dá)到4.00 μL／L，超過設(shè)計(jì)值。試驗(yàn)結(jié)果表明，A側(cè)SCR出口NOx質(zhì)量濃度運(yùn)行控制值不能低于25 mg／m3。

B側(cè)SCR最低NOx濃度控制值試驗(yàn)結(jié)果見表8。逐步降低出口NOx濃度運(yùn)行控制值至30 mg／m3、20mg／m3、17mg／m3，噴氨量逐漸增加，脫硝效率逐漸增加，氨逃逸也逐漸增加，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量代表點(diǎn)氨逃逸體積分?jǐn)?shù)分別為0.90 μL／L、1.15 μL／L、2.80 μL／L。當(dāng)出口NOx質(zhì)量濃度運(yùn)行控制值由20 mg／m3降至17 mg／m3時(shí)，噴氨量增幅較大，氨逃逸達(dá)到2.80μL／L。試驗(yàn)結(jié)果表明，B側(cè)SCR出口NOx質(zhì)量濃度運(yùn)行控制值不能低于20 mg／m3。

表4 優(yōu)化前A側(cè)、B側(cè)SCR出口實(shí)測(cè)NH3體積分?jǐn)?shù) μL/L

表5 優(yōu)化后A側(cè)、B側(cè)SCR出口實(shí)測(cè)NOx質(zhì)量濃度 mg/m3

表6 優(yōu)化調(diào)整后A側(cè)、B側(cè)SCR出口實(shí)測(cè)NH3體積分?jǐn)?shù) μL/L

表7 A側(cè)SCR出口NOx濃度最低運(yùn)行控制值試驗(yàn)主要參數(shù)

表8 B側(cè)SCR出口NOx濃度最低運(yùn)行控制值試驗(yàn)主要參數(shù)

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著噴氨量增加，脫硝效率逐漸提高，氨逃逸逐漸增大，在A、B側(cè)SCR脫硝效率達(dá)到94%時(shí)，再增加噴氨量，氨逃逸升高很快，容易超設(shè)計(jì)值。在保證煙囪出口NOx排放不超標(biāo)，綜合考慮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中負(fù)荷波動(dòng)、煤種變化等情況，建議該機(jī)組SCR出口NOx質(zhì)量濃度運(yùn)行控制值高于35 mg／m3，可避免正常運(yùn)行中氨逃逸高于設(shè)計(jì)值的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

通過對(duì)某670 MW機(jī)組SCR噴氨系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可大幅改善SCR反應(yīng)器出口NOx濃度分布均勻性，降低氨逃逸。通過SCR出口NOx濃度最低控制值試驗(yàn)，確定了運(yùn)行中自動(dòng)控制NOx濃度的合理參數(shù)，可降低氨耗量，提高氨利用率，減少氨逃逸。

［1］趙宗讓.電廠鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化［J］.中國電力，2005，38（11）：69-74.

［2］王樂樂，周健，姚友工，等.煙氣脫硝SCR氨噴射系統(tǒng)調(diào)整效果評(píng)估［J］.中國電力，2015，48（4）：16-22.

［3］曹志勇，譚城軍，李建中，等.燃煤鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)［J］.中國電力，2011，44（11）：55-58.

［4］廖永進(jìn)，徐程宏，余岳溪，等.火電廠SCR煙氣脫硝裝置的運(yùn)行優(yōu)化研究［J］.鍋爐技術(shù)，2008，39（5）：60-63.

［5］馬雙忱，郭蒙，宋卉卉，等．選擇性催化還原工藝中硫酸氫銨形成機(jī)理及影響因素［J］．熱力發(fā)電，2014，43（2）：75－78．

Experimental Study on SCR Denitrification System Ammonia Injection Optimization for 670 MW Unit

LI Qihao1，JIANG Shitao2
（1.Huadian Power International Technique Service Center，Jinan 250014，China；2.Huadian Power International Qingdao Power Corporation，Qingdao 266031，China）

The experiments on SCR ammonia injection system optimization and the minimum outlet NOxconcentration control value of a 670 MW unit of Huadian Weifang power plant have been carried out to improve SCR outlet NOxconcentration distribution，determine the proper control value of SCR outlet NOxconcentration，and reduce the ammonia slip.Results show that the relative standard deviation of the reactor outlet NOxconcentration distribution reduces from 25.46%to 9.55%and that of B reactor outlet NOxconcentration distribution reduces from 31.91%to 11.48%after the experiment of ammonia injection optimization.Comprehensive consideration of various factors，it is suggested that the SCR outlet NOxconcentration is controlled above 35 mg／m3.Under this condition，the ammonia concentration can be controlled below the design value during normal operation.

flue gas denitrification；SCR；optimization；minimum NOxcontrol value；ammonia slip

X701

A

1007－9904（2017）03－0057－04

2016-11-09

李其浩（1962），男，高級(jí)工程師，從事火電廠生產(chǎn)管理工作；

姜仕濤（1973），男，從事火電廠節(jié)能及熱力試驗(yàn)工作。