SCR脫硝系統噴氨隔柵優化調整試驗研究

曾國兵， 牛宗偉， 劉 聰

(1.安徽電氣工程職業技術學院，安徽 合肥 230051；2.江西贛能股份有限公司豐城二期發電廠,江西 豐城 331100)

自2015年十二屆全國人大三次會議《政府工作報告》明確要求推動燃煤電廠超低排放改造以來，電力行業已全面推行燃煤機組超低排放改造。機組針對NOx超低排放進行了以下改造：①新增SCR備用層催化劑；②在尾部煙道省煤器出口側增設煙氣擋板，改變受熱面的有效吸熱量，滿足低負荷SCR進口煙氣溫度的要求。改造完成后，機組運行中發現爐膛可能存在結焦、高溫腐蝕及空預器煙氣側阻力的持續上升的現象，需通過噴氨格柵(AIG)調整，使得SCR出口NOx分布相對均勻，有效降低SCR出口氨逃逸率，從而遏制空預器煙氣側阻力的持續上升。

1 設備

鍋爐為上海鍋爐廠制造的超臨界參數變壓運行直流爐，一次中間再熱，四角切圓燃燒方式，單爐膛，固態排渣，平衡通風，Π型鍋爐，設計煤種、校核煤種均為淮南煤。鍋爐采用SCR裝置進行脫硝處理，SCR裝置為雙SCR結構、高塵布置方式，布置如圖1所示。

圖1 SCR反應區及進出口煙道區結構簡圖(mm)

在A、B側煙道各設置10組噴氨調節裝置，每組在深度方向上布置3個調節支管，每側分別有30個調節閥進行噴氨調節。A側4組噴氨調節裝置如圖2所示，B側為對稱部分。氨氣的注入采用格柵式，在管道上布置很多噴嘴，以保證噴入煙道內的氨與煙氣均勻分配和混合，在噴射格柵的入口每一區域分配管道上設有手動流量調節閥，以調節各個區域氨氣的分配。

圖2 煙道噴氨管的布置圖

2 試驗過程

本次試驗共分4個不同階段，分別為常用負荷性能摸底測試、脫硝裝置調整及性能測試(常用負荷)、脫硝裝置調整及性能測試(高負荷)、脫硝裝置調整及性能測試(低負荷)，工況序號分別為工況1～工況4。

2.1 常用負荷性能摸底試驗

試驗保持在550MW負荷、5磨(停F磨)運行狀況下進行，試驗期間機組負荷投自動，運行參數較為穩定。試驗內容包括SCR進口煙氣成分(NOx、O2)、煙溫；SCR出口煙氣成分(NOx、O2、CO)、煙溫及氨逃逸等。通過測試，在550MW負荷摸底工況下(工況1)，實測SCR進/出口NOx濃度分布狀況如圖3所示。

圖3 SCR進/出口NOx濃度趨勢圖

對A側進行了的氨逃逸測試，測試位置為圖1中的測試截面2，相關數據見表1。

表1 SCR出口氨逃逸及NOx數據匯總(工況1)

通過摸底試驗得知，550MW負荷摸底工況中，SCR出口氨逃逸高于設計值且分布不均勻，空預器存在大面積硫酸氫銨沉積的隱患，需進行噴氨格柵(AIG)的優化調整。

2.2 脫硝裝置調整及性能測試(常用負荷)

整個試驗期間對噴氨格柵(AIG)進行了調整，原始、最終各噴氨格柵組的平均開度為41°、66°，最終開度明顯高于原始開度，原始及最終各噴氨格柵組平均開度如圖4所示。

圖4 原始及最終各噴氨格柵組平均開度

優化調整后，在常用負荷下進行了脫硝裝置性能測試，通過測試，在550MW常用負荷工況下(工況2)，實測SCR進/出口NOx濃度分布狀況如圖5所示。

圖5 SCR進/出口NOx濃度趨勢圖

對兩側SCR出口進行氨逃逸進行了測試，氨逃逸相關數據如表2所列，常用負荷下噴氨優化調整期間總尿素溶液量等相關參數如表3所列。

表2 SCR出口氨逃逸及NOx數據匯總(工況2-10)

表3 噴氨優化調整期間總尿素溶液量等相關參數匯總(工況2)

通過試驗可知，通過噴氨優化調整后，SCR裝置的總尿素溶液用量約下降1/3，最終使得SCR出口氨逃逸水平顯著下降，其平均降幅約20ppm。

2.3 脫硝裝置調整及性能測試(高負荷)

試驗在600MW負荷下進行、5磨運行進行，期間對AIG(噴氨格柵)進行少許調整，并對脫硝裝置性能進行了測試。通過試驗，在600MW高負荷工況下(工況3)，實測SCR進/出口NOx濃度分布狀況如圖6所示。

圖6 SCR進/出口NOx濃度趨勢圖

對兩側SCR出口進行氨逃逸進行了測試，氨逃逸相關數據見表4。

表4 SCR出口氨逃逸及NOx數據匯總(工況3)

通過試驗可知，通過噴氨優化調整后，SCR所用總尿素溶液量大幅下降，600MW時平均氨逃逸保持在6ppm左右。

2.4 脫硝裝置調整及性能測試(低負荷)

試驗在330MW負荷下進行、4磨運行進行，試驗工況序號為工況4-1～工況4-3，試驗內容包括：不同省煤器出口煙氣擋板開度下(100%、30%、5%)，SCR進口煙氣成分(NOx、O2)、煙溫等測試；SCR出口煙氣成分(NOx、O2、CO)、煙溫等測試等。

通過試驗，330MW負荷省煤器出口煙氣擋板調整工況(工況4-1～工況4-3)，實測煙溫分布狀況如圖7所示，SCR進口NOx濃度分布狀況如圖8所示。

圖7 SCR進口煙溫趨勢圖

圖8 SCR進口NOx濃度趨勢圖

通過試驗可知：由于省煤器出口煙氣擋板是針對低負荷煙溫過低導致SCR退停專門設置，不同省煤器出口煙氣擋板開度下(100%、30%、5%)，煙溫提升的幅度較為有限，省煤器出口煙氣擋板僅在很小開度下(5%左右)才有一定的提高SCR進口煙溫效果(約6～10℃)；SCR進口煙道NOx分布狀況并無明顯差異，煙氣擋板的調整對SCR進口煙道NOx的分布影響較小。

3 結論

通過脫硝系統噴氨格柵(AIG)優化調整后，SCR裝置的總尿素溶液用量約下降1/3，SCR出口氨逃逸水平顯著下降，平均氨逃逸保持在6ppm左右，有效遏制了空預器煙氣側阻力的持續上升情況。并對機組運行提出以下建議： ①由于SCR出口NOx排放水平與氨逃逸有非常大的關聯性，建議運行中在滿足排放要求的前提下應盡量保持煙囪出口NOx排放在較高水平，這將對預防空預器硫酸氫銨沉積非常有利。②當噴氨格柵調節閥開度較小時，調節相對靈敏，噴氨量容易過量，因此調整中噴氨格柵維持在較大開度下更容易對噴氨量進行細化調整。③省煤器出口煙氣擋板僅在很小開度下(5%左右)才有一定的提高SCR進口煙溫效果(約6～10℃)，建議在機組低負荷時，如無其他限制，省煤器出口煙氣擋板宜采用小開度運行。