600MW燃煤機組SCR脫硝系統性能試驗研究

山西魯能河曲發電有限公司 任仰成 周雪麗

從化學反應的原理上看，即使在反應條件得到了精準全面控制的情況下，其依然無法實現對于所有反應產物的清零，只能通過催化劑、反應溫度、反應壓力等參數的調整，最大程度上降低NOx的排放量[1]。山西魯能河曲發電有限公司600MW燃煤機組SCR脫硝裝置的長期運行，脫硝裝置的問題也不斷的暴露出來，主要包括催化劑磨損、脫硝效率低值、氨逃逸超標等現象出現。只能更換改造機組脫硝裝置，方可滿足日益嚴峻的環保要求[2,3]。

1 SCR脫硝系統運行現狀

催化劑磨損。在SCR脫硝系統實際運行中，不易察覺但又實際存在的問題就是磨損。礦物質燃料燒燒后會在尾部煙氣中攜帶顆粒較大的飛灰顆粒，當水平煙道轉為下行煙道時，高質量密度、較大粒徑的飛灰顆粒直接沖刷靠近鍋爐側催化劑入口斷面，從而造成靠近鍋爐側的催化劑磨損，長時間的運行，催化劑被不斷沖刷，產生大面積的脫落、磨損及積灰現象。

脫硝效率低。投運前期的脫硝系統入口煙氣流場均勻，催化劑狀態好，催化劑幾乎不會出現堵灰的情況，所以脫硝系統的效率、氨逃逸以及SO2/SO3轉化率等參數均能滿足或優于設計性能保證值。但脫硝系統長時間的運行就會出現催化劑磨損、堵灰、催化劑性能下降或催化劑堿金屬中毒等現象的出現，故脫硝效率越來越低，最后達不到超低排放所需的效率值[4]。

氨逃逸超標。氨逃逸是催化劑化學使用壽命的重要指標，也是電廠煙氣排放數值中的一項重要環保指標。目前環保要求氨逃逸數值不能超過3ppm，若超過此數值說明催化劑的使用性能下降、化學使用壽命已達到極限，必須更換催化劑裝置。脫硝系統實際運行時，安裝在脫硝出口的NOx在線儀表不能全面反映整個界面NOx濃度平均值，所以運行人員一旦發現NOx排放超標，就會通過加大噴氨的方法來快速降低NOx排放數值。這樣就會導致脫硝出口的氨逃逸濃度超標，不能滿足環保的要求。

2 SCR脫硝系統改造試驗及

試驗工況。在工況參數的選取過程中，需要根據該機組的日常運行情況來進行合理選取。本文選取了機組350MW和600MW兩個負荷工況段作為試驗工況。而在鍋爐實際運行過程中，可允許工況負荷在上下±5%范圍內偏差。要求350MW和600MW負荷下NOx的排放濃度都要控制在50mg/Nm3的限值內；采樣點確定。本次試驗在SCR脫硝系統內部共設置40個采樣點[5]。設置SCR催化劑進出口作為自然采樣端點，將其視作為一個采樣截面，在其截面上設置專業氣體檢測裝置，用來分析該截面上煙氣所有物質的含量值。同時也要在其它位置設置相應的采樣點，綜合分析各采樣點所得NOx與氨氣的反應效率。

儀表選擇。煤電排放的煙氣中會含有很多污染物，對于不同污染物的檢測方法也有所區別。對于檢測NOx而言，采用定點位電解法的自動煙塵測試裝置來檢測煙氣中NOx含量；SO2也是采用定點位電解法的自動煙塵測試裝置來檢測煙氣中的含量；氨逃逸率采用的是分光光度法的分光光度儀來測定煙氣中氨逃逸濃度；SO3采用燃煤煙氣脫硫設備的性能檢測方法，借助分光光度儀來測定煙氣中的濃度；煙氣中含氧量借用煙氣自動監控系統CEMS的讀數。

3 試驗結果分析

通過與電網協調將機組負荷調整為350MW和600MW兩個試驗段，允許工況負荷在上下±5%范圍內浮動。檢查SCR脫硝系統的液氨負荷運行要求、所在試驗的儀表和測點工作正常，鍋爐不進行吹灰操作，燃料品質保持穩定，工藝水、壓縮空氣等消耗品供應充足。

3.1 350MW負荷段SCR脫硝試驗性能分析

在350MW負荷下，對SCR脫硝系統A、B兩側煙氣量進行了采集，其出入口平均流速（m/s）、平均煙溫（℃）、煙氣流量（%）、煙氣流量（Nm3/h）分別為：A入口8.61/318/5.36/674909，B入口8.64/316/4.32/682345；A出 口10.71/317/5.41/682542，B出 口10.75/315/5.38/ 690895。 對SCR入、出口煙氣中的NOx進行了測定，氨逃逸率、脫硝效率數據表1所示。整個脫硝系統的SO2和SO3的轉化率測試結果中SO2、SO2（6%O2），SO3、SO3（6%O2）濃度（ppm）分別為：A入口296.3/287.5 /5.49/5.36，A出口—/—/7.71/7.42，B入口297.6/284.1/5.21/5.05，B出口—/—/7.81/7.53；轉化率（%）分別為：A出入口0.72，B出入口0.87。

表1 350MW負荷下出口煙氣中NOx濃度和脫硝效率

對350MW負荷SCR脫硝采樣分析得，脫硝效率可達83.4%，達到預期設計值。SCR脫硝后出口NOx的平均濃度為40.9mg/Nm3，小于環保限制50mg/Nm3的排放要求。氨逃逸率平均在0.07ppm的排放水平，小于環保限制3ppm的排放標準。A側SO2/SO3的轉化率為0.72%，B側SO2/SO3的轉化率為0.87%，達到性能保證值≤1%的要求。綜述所得350MW負荷性能試驗結果均滿足SCR脫硝性能保證值。

3.2 600MW負荷段SCR脫硝試驗性能分析

在350MW負荷下，對SCR脫硝系統A、B兩側煙氣量進行了采集，其出入口平均流速（m/s）、平均煙溫（℃）、煙氣流量（%）、煙氣流量（Nm3/h）分 別 為：A入 口14.6/373/3.72/1155189，B入 口14.8/371/3.88/1161532，A出 口17.8/369/3.87/1161789，B出 口17.7/368/3.91/1178510。對SCR入、出口煙氣中的NOx進行了測定，氨逃逸率、脫硝效率數據表如2所示。整個脫硝系統的SO2和SO3的轉化率測試結果中SO2、SO2（6%O2），SO3、SO3（6%O2）濃 度（ppm）分 別為：A入 口525.6/456.1/9.87/8.61，A出 口—/—/12.3/10.7，B入口495.6/432.4/7.52/6.07，B出口—/—/9.86/8.13；轉化率（%）分別為：A出入口0.46，B出入口0.48。

表2 600MW負荷下出口煙氣中NOx濃度和脫硝效率

對600MW負荷SCR脫硝采樣分析得，脫硝效率可達84.75%，達到預期設計值。SCR脫硝后出口NOx的平均濃度為20.1mg/Nm3，小于環保限制50mg/Nm3的排放要求。氨逃逸率平均在0.11ppm的排放水平，小于環保限制3ppm的排放標準。A側SO2/SO3的轉化率為0.46%，B側SO2/SO3的轉化率為0.48%，達到性能保證值≤1%的要求。綜述所得600MW負荷性能試驗結果均滿足SCR脫硝性能保證值。

4 結論

通過對機組SCR脫硝系統催化劑更換改造，對催化劑各項試驗參數進行了采集和分析。結果顯示，在350MW和600MW兩個負荷下，整個SCR脫硝系統運行穩定，脫硝效率、氨逃逸率、SO2/SO3的轉化率、脫硝系統出口NOx濃度性能指標均優于設計值。此次改造工作合格。