350MW級(jí)機(jī)組噴氨調(diào)門(mén)優(yōu)化治理空預(yù)器堵塞方法

張旭

大唐華東電力試驗(yàn)研究院

1 機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)

安徽某電廠四臺(tái)350MW機(jī)組的鍋爐型號(hào)為DG1125/17．4-Ⅱ4，鍋爐為亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包爐，單爐膛п型布置，設(shè)計(jì)燃用煙煤，一次再熱，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，全懸吊結(jié)構(gòu)。

鍋爐設(shè)計(jì)選用SCR脫硝方式，布置南京環(huán)保生產(chǎn)的上中下三層平板式催化劑，脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 機(jī)組運(yùn)行情況及問(wèn)題

機(jī)組自大修后投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行人員通過(guò)DCS畫(huà)面發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組在不同負(fù)荷下脫硝系統(tǒng)氨逃逸測(cè)點(diǎn)顯示氨逃逸濃度均超設(shè)計(jì)值，同時(shí)空預(yù)器的差壓及引風(fēng)機(jī)電流增大，引風(fēng)機(jī)存在失速風(fēng)險(xiǎn)，不利于機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量比對(duì)，發(fā)現(xiàn)該廠氨逃逸測(cè)點(diǎn)未失準(zhǔn)，脫硝系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。

由表2可知，該廠3號(hào)機(jī)組脫硝入口NOx濃度與設(shè)計(jì)值接近，出口NOx濃度A側(cè)普遍低于B側(cè)，且兩側(cè)氨逃逸濃度均在10ppm左右，超過(guò)設(shè)計(jì)值2ppm。該機(jī)組在350MW、260MW和170MW負(fù)荷下排放煙氣中NOx濃度分別為37mg/Nm3、37mg/Nm3、35mg/Nm3，已接近設(shè)計(jì)限值 40mg/Nm3。通過(guò)調(diào)節(jié)噴氨總閥以減少噴氨量降低氨逃逸的調(diào)節(jié)余地有限，因該機(jī)組A側(cè)NOx濃度普遍低于B側(cè)，因此運(yùn)行調(diào)整中適當(dāng)降低A側(cè)噴氨量、同時(shí)調(diào)整B側(cè)噴氨量，DCS顯示氨逃逸濃度有所降低，但仍大于8ppm，氨逃逸問(wèn)題依然存在。

氨逃逸量超設(shè)計(jì)值對(duì)該機(jī)組運(yùn)行造成的影響主要體現(xiàn)在硫酸氫氨的生成并造成下游空預(yù)器設(shè)備堵塞。自運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)氨逃逸超設(shè)計(jì)值以來(lái)，一個(gè)月內(nèi)空預(yù)器兩側(cè)差壓增加至900Pa以上，引風(fēng)機(jī)電流也相應(yīng)增大，詳見(jiàn)表3。

表2 各工況下NOx及氨逃逸濃度

表3 滿負(fù)荷狀態(tài)下預(yù)熱器堵塞前后空預(yù)器差壓及引風(fēng)機(jī)電流值

3 噴氨優(yōu)化試驗(yàn)

為解決3號(hào)機(jī)組氨逃逸超標(biāo)、降低空預(yù)器堵塞及引風(fēng)機(jī)失速風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)3號(hào)機(jī)組進(jìn)行噴氨優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)包括通過(guò)對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)出口煙氣NOx濃度和O2濃度、閥門(mén)開(kāi)度、鍋爐設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)量記錄及調(diào)整，根據(jù)不同負(fù)荷下SCR進(jìn)出口NOx、O2濃度分布情況，分析各噴氨支管的氨氮比均勻性，建立SCR反應(yīng)物料平衡表，找到可兼顧不同負(fù)荷下各噴氨支管最佳流量及相應(yīng)閥門(mén)開(kāi)度。

通過(guò)該試驗(yàn)，可改變SCR系統(tǒng)煙道內(nèi)噴氨濃度分布，使SCR系統(tǒng)各處氨氮比接近理想數(shù)值，脫硝系統(tǒng)出口煙道內(nèi)各處NOx濃度均勻性大幅提高，避免出現(xiàn)局部過(guò)噴點(diǎn)，在確保排煙中總NOx濃度基本不變的情況下降低噴氨耗量，減少氨逃逸。

3.1 噴氨裝置簡(jiǎn)介

鍋爐噴氨格柵布置方式：?jiǎn)蝹?cè)反應(yīng)器入口有18根分支管，對(duì)應(yīng)18個(gè)手動(dòng)蝶閥，每3個(gè)支管為一組，進(jìn)入煙道后控制對(duì)應(yīng)區(qū)域不同深度方向的噴氨量。圖1為一組內(nèi)的三個(gè)支管，每個(gè)支管由一個(gè)單獨(dú)閥門(mén)控制，每個(gè)支管分別對(duì)應(yīng)煙道內(nèi)淺、中、深三個(gè)不同深度。每側(cè)噴氨格柵由六組支管并排構(gòu)成，每個(gè)支管的噴氨量可由閥門(mén)單獨(dú)控制。

圖1 SCR脫硝格柵布置方式

每根噴氨分支管獨(dú)立控制一片區(qū)域，噴氨優(yōu)化主要根據(jù)SCR出口NOx分布情況調(diào)整每一支路供氨支管上的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度實(shí)現(xiàn)，調(diào)整原則為：NOx偏高的區(qū)域?qū)?yīng)閥門(mén)開(kāi)大，NOx偏低區(qū)域?qū)?yīng)閥門(mén)減小，最終使區(qū)域內(nèi)NOx濃度趨于平均，避免局部氨量過(guò)噴現(xiàn)象。

3.2 不同負(fù)荷下NOx濃度原始分布情況

噴氨優(yōu)化試驗(yàn)調(diào)整前，分別對(duì)該機(jī)組高頻負(fù)荷350MW和260MW進(jìn)行摸底試驗(yàn)，測(cè)量?jī)蓚€(gè)負(fù)荷下脫硝出口NOx濃度分布情況，見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 350MW負(fù)荷A/B側(cè)原始工況

通過(guò)數(shù)據(jù)摸底可知，350MW負(fù)荷ABCD四磨運(yùn)行原始工況SCR出口A側(cè)和B側(cè)NOx濃度均值分別為 38．6mg/Nm3、40．9mg/Nm3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為92．69%、104．81%，分布不均勻。

圖3 260MW負(fù)荷A/B側(cè)原始工況

通過(guò)數(shù)據(jù)摸底可知，260MW負(fù)荷ABC三磨運(yùn)行原始工況SCR出口A、B側(cè)NOx濃度均值分別為38．6mg/Nm3和40．9mg/Nm3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為72．53%和64．97%，分布不均勻，偏差很大。

3.3 噴氨優(yōu)化后不同負(fù)荷NOx濃度分布情況

根據(jù)上述測(cè)量結(jié)果可知，A、B側(cè)出口NOx濃度不均勻，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值均在60%以上。其中A1、A2中等深處位置及B2深處位置、B3淺中深處位置NOx濃度遠(yuǎn)低于平均值，經(jīng)分析得知上述幾處位置噴氨調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度過(guò)大，存在過(guò)噴現(xiàn)象。此外A3、B1處NOx濃度較大，噴氨調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度較小，需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。

通過(guò)對(duì)噴氨調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)試驗(yàn)及相應(yīng)位置NOx濃度測(cè)量后，得出了可兼顧高、中、低負(fù)荷的閥門(mén)開(kāi)度方案，見(jiàn)表4。

表4 各噴氨支管調(diào)節(jié)前后閥門(mén)開(kāi)度

采用表4閥門(mén)開(kāi)度調(diào)整策略后，350MW負(fù)荷及260MW負(fù)荷下NOx濃度分布見(jiàn)圖4和圖5。

噴氨優(yōu)化調(diào)整后，350MW ABCD磨運(yùn)行工況下SCR出口A、B側(cè)NOx濃度均值為30．8mg/Nm3、31．6mg/Nm3，與DCS顯示值一致，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差由92．69%、104．81%降至47．05%、41．92%，分布均勻性得到明顯改善。

圖4 350MW負(fù)荷噴氨優(yōu)化后A/B側(cè)NOx分布

圖5 260MW負(fù)荷噴氨優(yōu)化后A/B側(cè)NOx分布

噴氨優(yōu)化調(diào)整后，260MW ABC磨運(yùn)行時(shí)優(yōu)化調(diào)整后工況SCR出口A、B側(cè)NOx濃度均值為29．8mg/Nm3、33．2mg/Nm3，與DCS顯示值一致，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差由原始的 92．69%、104．81%降至41．63%、45．31%，分布均勻性得到明顯改善。

3.4 優(yōu)化前后3號(hào)爐參數(shù)對(duì)比

350MW工況調(diào)整前，總煤量為160t/h,總風(fēng)量為1 093t/h，此時(shí)總尿素溶液使用量為562L/h。350MW工況調(diào)整后，相同負(fù)荷下尿素溶液較調(diào)整前少用63L/h，兩側(cè)氨逃逸測(cè)量均值由9．7ppm/8．1ppm分別下降至4．9ppm/3．5ppm。

260MW工況調(diào)整前，總煤量為132t/h,總風(fēng)量為861．8t/h，此時(shí)總尿素溶液使用量為523L/h。260MW工況調(diào)整后，相同負(fù)荷下尿素溶液較調(diào)整前少用56L/h,兩側(cè)氨逃逸測(cè)量均值由8．1ppm/8．5ppm分別下降至4．3ppm/3．9ppm。

噴氨優(yōu)化調(diào)整后一周內(nèi)空預(yù)器差壓并無(wú)明顯上升趨勢(shì)，排煙溫度與調(diào)整前相近，由此說(shuō)明硫酸氫氨生成量較之前顯著減少，未在空預(yù)器尾部繼續(xù)積聚，此現(xiàn)象與調(diào)整后氨逃逸測(cè)量結(jié)果趨勢(shì)一致，說(shuō)明噴氨優(yōu)化試驗(yàn)取得了較好的效果。空預(yù)器吹掃兩周后差壓未明顯增長(zhǎng)，維持在1．2KPa左右，調(diào)節(jié)效果良好。應(yīng)指出，調(diào)整后氨逃逸均值在3ppm～4ppm，仍大于設(shè)計(jì)值2ppm。經(jīng)分析，這一結(jié)果與SCR催化劑活性降低有關(guān)。通過(guò)向有關(guān)方面咨詢得知該廠催化劑已連續(xù)使用3年，在此期間未進(jìn)行活性檢測(cè)，已接近設(shè)計(jì)使用壽命，建議該廠對(duì)催化劑活性進(jìn)行檢測(cè)，若催化劑的活性確實(shí)已不符設(shè)計(jì)要求，應(yīng)及時(shí)更換，避免再次出現(xiàn)氨逃逸超標(biāo)及空預(yù)器堵塞現(xiàn)象。

4 氨逃逸超標(biāo)導(dǎo)致空預(yù)器差壓增加的處理對(duì)策

1)建議在脫硝出口處增加NOx測(cè)點(diǎn)數(shù)量及脫硝出口氨逃逸測(cè)點(diǎn)，安裝時(shí)應(yīng)注意測(cè)點(diǎn)的位置選擇是否具有代表性，日常運(yùn)行中經(jīng)常對(duì)測(cè)點(diǎn)維護(hù)與校正，以便作為運(yùn)行人員的調(diào)整依據(jù)。

2)運(yùn)行過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)氨逃逸超過(guò)設(shè)計(jì)值且空預(yù)器有堵塞現(xiàn)象，應(yīng)適當(dāng)提高空預(yù)器吹灰頻率或延長(zhǎng)吹灰時(shí)間，并投入再循環(huán)風(fēng)或暖風(fēng)器系統(tǒng)，防止硫酸氫氨聚積在空預(yù)器尾部而造成空預(yù)器嚴(yán)重堵塞。

3)對(duì)NOx分布不均勻的機(jī)組進(jìn)行噴氨優(yōu)化試驗(yàn)使脫硝系統(tǒng)出口NOx分布趨于均衡，避免出現(xiàn)局部NOx過(guò)低或過(guò)高，可有效避免氨量過(guò)噴及氨逃逸現(xiàn)象。

4)避免使用高硫煤。當(dāng)燃燒煤種硫分較高或入口NOx濃度過(guò)高時(shí)，出口NOx濃度不宜控制在較低值運(yùn)行，防止因噴氨量過(guò)大生成較多硫酸氫氨。

5)建議增加脫硝旁路，在負(fù)荷較低時(shí)開(kāi)啟旁路，運(yùn)行過(guò)程中嚴(yán)密監(jiān)視SCR入口煙氣溫度，保證催化劑活性，對(duì)脫硝效率不滿足要求的脫硝催化劑應(yīng)及時(shí)更換。