燃煤電站SCR系統AIG噴氨調整優化效果分析

包文運 劉國富 沈德魁

摘 要：近年來國家頒布了更加嚴苛的大氣污染排放標準，對此SCR技術已成為主流的煙氣脫硝技術，然而SCR系統在實際運行中容易產生較大的氨逃逸，從而導致一系列的運行問題。本文從SCR系統的機理出發，提出了通過噴氨優化調整降低系統氨逃逸的運行調整方式，投運效果良好。

關鍵詞：脫硝系統 氨逃逸 噴氨優化

中圖分類號：U467 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（b）-0053-02

《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》等嚴苛的大氣污染物排放標準發布后[1，2]，實現燃煤電站的超低排放達標已提上議程，目前，SCR煙氣脫硝技術已經成為燃煤鍋爐滿足國家NOx排放標準的主流選擇，通過試驗數據和現場實際情況可知，在運行過程中存在噴氨過量現象，由此帶來的一系列的運行問題。

1 氨逃逸的成因與危害

選擇性催化還原（SCR）脫硝技術[3]通過向煙道中噴射還原劑（氨氣、尿素等），在處于合適煙溫區間的催化劑作用下將煙氣中的NOx轉化為無害的氮氣和水，SCR系統該所采用的還原劑液氨經過氣化、空氣稀釋后通過噴氨格柵（AIG）噴入煙道內，與煙氣中的氮氧化物混合后流經催化劑，在流經末層催化劑后會存在一部分未參加脫硝反應的氨，將其稱為逃逸氨，其危害較大。

同時脫硝催化劑具有較強的氧化性，容易將煙氣中的SO2部分轉化成SO3，尤其是在超低排放改造完成后，由此氧化得到的SO3量顯著增加。這部分SO3與逃逸氨容易發生式（1）中的化學反應，引起酸腐蝕和酸沉積堵灰程度增加

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4/（NH4）2SO4 （1）

NH4HSO4沉積溫度150℃～230℃，粘度較大，加劇對空氣預熱器換熱元件的堵塞和腐蝕過量的氨逃逸產生硫酸氫氨，一定會在空預器的傳熱元件上凝結，形成積鹽并結灰垢，影響正常運行和使用壽命。因此，在SO3氧化生成量一定的前提下，減少SCR系統的氨逃逸具有重要的積極意義。

脫硝控制系統運行品質不佳（如NOx濃度波動大），極易造成NOx超標排放，電廠為避免考核，只能降低NOx的平均濃度運行，此時不得不長期大量向鍋爐噴射氨氣，NH3將長期維持高耗用量，電廠的運行成本也將長期偏高。

2 AIG噴氨調整優化效果分析

研究表明，煙氣氨氮混合當量比不匹配導致脫硝效率下降，進而導致氨逃逸升高，從而產生逃逸氨與SO3生成粘性硫酸氫氨的情況，最終造成下游設備積灰受損，鍋爐熱效率下降等一系列運行問題。因此提升煙氣中的氨氮混合當量比對于提升機組的安全經濟運行具有重要意義。在現場運行中，煙氣中的氮氧化物與前端爐側的組織燃燒、SNCR組織、煙道結構、機組負荷、流場分布等均存在密切聯系，很難對入口NOx濃度的分布特性進行人為干預，因此，要保證良好的氨氮混合當量比，可以從AIG噴氨優化調整角度出發。通過對噴氨格柵AIG支管的調整，保證系統內良好的氨氮混合當量比。

本文依托某660MW燃煤機組進行AIG噴氨優化調整及其效果分析，獲取了AIG前截面的流場分布特性如圖1所示。可以看出，該工況下AIG前的流場分布均勻性較差，煙道漸擴段尾部（云圖左側低速區）出現較大范圍的漩渦與回流，非常有必要對相應位置的閥門開度進行調節。

對象機組SCR脫硝系統噴氨系統由42個手動蝶閥等部件協同控制噴氨量，單個噴氨手動蝶閥共有10個卡位，可實現閥門開度間隔為10%的精確流量控制。對此，根據AIG截面內的流場分布特性及各支管閥門的權重特性進行噴氨優化調整。

噴氨閥度調試完成后，綜合集控室運行瞬時參數與Testo350實測參數，可以發現：相對于調試前，在噴氨量一定的前提下，脫硝效率可提升約4%，在脫硝效率一定時，氨流量減少約5m3/h（出口NOx排放水平滿足超低排放要求），由此推算系統氨逃逸量得到了有效降低。

3 結論與建議

（1）逃逸氨容易與煙氣中的SO3反應生成硫酸氫銨，進而導致SCR下游設備積灰腐蝕等運行問題。

（2）結合噴氨格柵AIG截面的流場分布特性，通過AIG噴氨優化調整，可以保證系統內良好的氨氮混合當量比，從而間接減少了系統的氨逃逸，有助于實現超低排放改造后機組的安全經濟運行。

（3）建議業內機組定期進行噴氨優化調整，或采取更加先進的AIG“精細”噴氨優化調控策略。

參考文獻

[1] 朱法華.燃煤電廠煙氣污染物超低排放技術路線的選擇[J].中國電力，2017，50（3）：11-16.

[2] 徐天平，王永忠.燃煤工業鍋爐污染物協同治理與超低排放技術研究[J].環境工程，2017，35（9）：71-73.

[3] 趙宇明.基于煙氣流場均勻性診斷的SCR系統噴氨優化研究[J].化學工程與裝備，2017（7）：302-304.