大型燃煤機組SCR系統精益化調試技術研究

蔡勇 胡喬良

摘要：以某1000MW燃煤機組煙氣脫硝工程為例，介紹了該工程在運行中出現的問題，提出了噴氨系統優化調整試驗方案。通過該方案對噴氨格柵局部供氨量進行調整后，在反應器出口建立了均勻、穩定的NOx分布，在滿足脫硝效率的同時，保持了較小的氨逃逸率，該調整方法可為同類機組噴氨系統優化調整提供參考。

關鍵詞：煙氣脫硝;優化調整;噴氨格柵;脫硝效率;氨逃逸率

引言

在眾多的脫硝技術措施中，煙氣脫硝處理技術是目前滿足火電廠環保達標排放的最終手段，煙氣脫硝技術主要有選擇性催化還原法（SCR）和選擇性非催化還原法（SNCR）兩種，其中，選擇性催化還原法與其他技術相比，沒有副產物，不形成二次污染，裝置簡單，技術成熟，脫硝效率高，運行可靠，便于維護，是工程上應用最多的煙氣脫硝技術。本文以某1000MW機組SCR脫硝系統為試驗對象，總結了脫硝精益化調整試驗方法，優化調整結果表明，該方法可以在滿足脫硝效率的同時，提高噴氨的均勻性，降低氨逃逸率。

1 SCR脫硝技術原理

機組脫硝系統采用選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝工藝，采用尿素熱解制氨制備脫硝還原劑。SCR反應器采用高塵布置方式，布置在鍋爐省煤器與空預器之間，不設置煙氣旁路和省煤器高溫旁路，催化劑采用蜂窩式，其大致的反應示意圖如圖1所示，反應主要由以下過程組成：（1）NH3通過氣相擴散到催化劑表面;（2）NH3由外表面向催化劑孔內擴散;（3）NH3吸附在活性中心上;（4）NOx從氣相擴散到吸附態NH3表面;（5）NH3 與NOx反應生成N2和水;（6）N2和H2O通過微孔擴散到催化劑表面;（7）N2和H2O擴散到氣相主體。

2 SCR脫硝系統運行現狀及分析

2.1 脫硝系統存在的問題

燃煤機組配套建設脫硫脫硝裝置，機組試運行以來存在著氨逃逸量經常超標、且SCR出口的NOx濃度在線監測數據與煙囪上NOx濃度監測數據相差較大的問題，本文選取了高、中、低三個負荷工況下A、B側反應器入口NOx濃度均相同時，反應器出口NOx 濃度均值與煙囪NOx 濃度數據比對，同時用硫酸吸收法測量了其氨逃逸情況，結果見表2所示。

2.2 NOx濃度場測試

針對機組脫硝系統在運行中出現的問題，對SCR系統進行了系統的NOx濃度場測試，系統在每個反應器出口的測試平臺上共設置了5個測試孔，每個測試孔共有7個不同深度的取樣管，故每個反應器截面共有35個測點。

試驗選取在鍋爐BMCR工況下進行，試驗結果如表3所示。

2.3 濃度場測試結果分析

對反應器出口NOx濃度場測試結果進行分析，可以看出，反應器出口截面上的NOx濃度分布并不均勻，煙道中心區域濃度較高，而煙道邊沿區域的濃度較低。在運行中若按照各個區域噴氨量相等的辦法來進行噴氨，則必然導致反應器邊沿區域的NH3/NOx摩爾比相對較高，這些區域由于NOx濃度較低，脫硝效率雖然較高，但隨著時間的延長，催化劑活性的降低，也容易在這些區域導致較大的氨逃逸率，氨逃逸率較低時對系統運行不會有明顯影響。當逃逸率較高時，NH3會與煙氣中的SO3發生反應生成具有腐蝕性的NH3HSO4，在150～230℃的溫度下，粘結在脫硝下游空預器的冷端，造成空預期積灰堵塞，阻力增大，長時間運行后對引風機和送風機將造成較大的影響。

3 SCR脫硝系統精益化調整

3.1 優化調整的方法

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率達到最小。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，而導流板的設計和安裝都已固定，無法調整，優化試驗只能根據NOx的濃度場分布情況調整供氨閥的開度大小來進行，最終在反應器出口建立一個均勻穩定的NOx分布。

噴氨格柵的優化調整試驗選擇在100%鍋爐負荷，NH3/NOx摩爾比在設計值的運行條件下進行，經測試脫硝系統煙道中心部分的各點NOx濃度均勻性基本一致，煙道邊沿的NOx濃度較低。為此，在噴氨格柵調整試驗中，首先使各路噴氨格柵閥門開度大小一致，然后再根據NOx分布情況，逐漸調整各區域的格柵閥門的大小，重點是適當關小煙道邊沿區域對應的噴氨支路閥門。

要保證各供氨支路的供氨流量大小一致，調節手動閥門的開度難度較大。在現場試驗中我們采取了“等壓降”法使各路噴氨支路閥門開度相等。具體方法為：在關閉供氨總閥的情況下，先保證去A、B反應器的稀釋風流量相等，再記錄此時的氨空混合器壓力P1，然后關閉各支路供氨手動閥，記錄此時的氨空混合器壓力P2，噴氨支路的手動閥門總數為n，則各路閥門的壓降為：

求出各噴氨支路的壓降△p后，以此為依據逐個開啟供氨支路閥門到合適位置，使得開啟該閥門過程中稀釋風的壓降為△p。

3.2優化調整的結果及分析

通過三輪循環調整，我們得到了脫硝反應器出口較均勻的NOx分布，對鍋爐BMCR工況下，A/B反應器出口共10個測孔的氨逃逸進行了測試，圖2為各測孔平均氨逃逸率試驗結果。可以看出雖然各測孔平均氨逃逸率仍然有波動，但是相比優化調整前，逃逸率已大為減少。

4 結語

（1）我國環保政策日趨嚴格，新的《火電廠大氣污染物排放標準》實行后，越來越多的火電廠將要采取煙氣脫硝措施，而選擇性催化還原（SCR）法由于其技術成熟，脫硝效率高無疑將成為各電廠脫硝的首選技術。

（2）在SCR脫硝技術中，噴氨系統調試是脫硝系統調試最為關鍵和重要的部分。由于新裝脫硝系統催化劑活性較好，即使噴氨不作優化調整，問題也并不明顯，時間一長，催化劑活性下降后必然導致氨逃逸率上升，對脫硝下游空預器產生積灰堵塞的嚴重影響。工程建設中需特別注意對噴氨格柵的精細化調整，本文的格柵優化調整方法可為同類機組的優化調整試驗借鑒和參考。

參考文獻：

[1] 梁川， 沈越. 1000MW機組SCR煙氣脫硝系統優化運行[J]. 中國電力， 2012， 45（1）： 41-43.