SCR脫硝噴氨優化與運行控制分析

張碩豐

（國能銅陵發電有限公司，安徽銅陵 244000）

1.SCR脫硝噴氨優化與運行控制的必要性

當前我國國內火力發電站相關發電鍋爐已經完成了SCR脫硝改造，以進一步滿足火力發電過程中NOX的排放濃度需求。但不容忽視的是，在SCR氧氣脫硝裝置運行過程中鍋爐容易出現問題，如脫硝反應器存在出口位置NOX濃度增大、存在局部氨氣逃逸的問題，此類問題也同樣會導致超臨界機組正常運行受到嚴重影響。因為在發電鍋爐煙氣脫硝反應過程中，煙氣需要經過脫硝反應器，因此會呈現出層流態，另一方面出現局部氨逃逸問題也會對火力發電鍋爐下游的相關設備造成嚴重的影響。因此需要對SCR煙氣脫硝噴氨進行優化和調整，改善脫硝反應器的氧氣濃度，緩解局部氨逃逸過高的問題，通過此種方式能夠進一步保證火力發電廠超臨界機組的正常作用發揮，避免出現更為嚴重的安全風險隱患問題[1]。

2.SCR脫硝噴氨優化調整分析

2.1 SCR脫硝裝置

為了進一步分析與研討SCR脫硝噴氨的優化路徑和調整對策，本文以某地區600MW的超臨界機組SCR脫硝裝置進行深入研究，該裝置主要采取高塵型的工藝，催化劑同樣也按照2+1的方式進行合理布置。在該機組SCR脫硝裝置入口處，其設計NOX的濃度為450mg/m3。為了滿足裝置運行需要，備用層中配置的催化劑在未投入使用運營時，其脫硝效率大于75%。在該脫硝裝置投入運營2000h之后，筆者對該SCR脫硝裝置的運行性能，以及脫硝噴氨優化調整SCR設備進行深入研究與分析。

2.2 SCR脫硝噴氨優化調整

對裝置進行SCR脫硝脫氨優化調整，主要在80%、100%以及60%BMCR負荷的狀態之下開展。首先在超臨界機組正常負荷運轉的狀態下開展測試，根據機組SCR脫硝裝置的設計參數，將其工作效率設定為75%，與此同時針對脫硝反應器的進口和出口進行NOX濃度和氨逃逸濃度進行測量[2]。其次需要通過前期的測量明確NOX濃度和氨逃逸濃度的具體分布情況，根據其分布對現有設備裝置的噴氨支路管道進行氨閥開度方面的調節，在調節中可以用用手動調節的形式，對支流管道中的氨流量進行重新合理配比，在手動調節氨閥開度時要首先蒸。對SCR反應器的寬度方向等進行粗略的調整，并針對反應器深度方向開展精細化調整，以全面提高SCR脫硝噴氨優化調整效果。在進行支管氨閥的開度調節時，需要交反應器的NOX濃度和氨逃逸濃度情況作為衡量開度的重要要素，要保證其與標準值偏差小于20%[3]。

2.3 優化調整效果

火力發電站超臨界機組SCR脫硝噴氨優化調整之后，對調整效果進行評價的最優角度在于脫硝的效率，經測量得知，此次優化調整效果良好，相比之前的NOX濃度和氨逃逸濃度情況已明顯降低。但是在SCR脫硝反應器出口位置存在氨逃逸濃度相近的問題時，其整體脫硝性能會出現提高的現象。除此之外，與剛剛投入使用的SCR脫硝裝置相比，此次研究中的設備裝置已經運行了20000h，設備的整體性能以及脫硝性能已經出現下降的趨勢，這主要是因為裝置內部催化劑在脫硝活性方面出現了降低，催化劑受到設備運行的影響，出現積灰時間延長的問題，特別是機會中各類重金屬元素能夠與催化劑中的脫硝活性物質進行結合，導致催化劑出現中毒，難以發揮良好的脫硝性能和作用。

3.SCR脫硝噴氨優化與運行控制綜合因素分析

3.1 調整反應器出口的NOX濃度

在針對SCR脫硝設備反應器出口濃度進行調整時中，可以通過兩種途徑進行實現，首先可以降低其入口處的NOX濃度效果，例如可以采取低氮燃燒技術，真正實現從源頭出發，減少NOX的生成和影響，另一方面需要確保SCR脫硝設備的工作效率和脫硝性能能夠同步提升，促進催化劑充分發揮作用，并在催化劑可以承受的范圍之內，合理增加噴氨量，以此提高脫硝入口的摩爾比情況。

3.2 調整反應器入口的NOX濃度

在調整和降低整反應器出口的NOX濃度方面主要可以采取3種方式。首先可以應用低氮燃燒器進行設備運轉，火力發電廠的超臨界機組在運行過程中，專業用于煤粉燃燒的燃燒器需要廣泛應用低氮燃燒技術，例如可以實施分級燃燒、旋流燃燒、富氧燃燒等多種燃燒形式，應用低氮燃燒器能夠有效降低鍋爐燃燒過程中煙氣的NOX濃度情況，甚至可以在原有排放濃度的基礎上最多降低50%左右。應用低氮燃燒器可以將脫硝反應器入口的NOX濃度進行有效降低。其次可以調整鍋爐配風方式，確保能夠科學合理的還原燃燒氛圍，在鍋爐作用期間當其他物質轉化為NO的時候會對爐膛中的空氣性因素產生相對敏感的感知，因此可以在煤燃燒的過程中建設富燃料區，以確保相關燃料能夠充分轉化為揮發分氮，并在此基礎上促進揮發分氮還原為分子N2。通過此人方式能夠降低主燃燒區的溫度，但是燃燒爐膛的出口位置溫度會明顯增高，使得NOX的排放濃度較之以往會有所降低。但是也要注意如果火力發電廠所應用的燃燒鍋爐為前后墻對沖的燃燒方式，則要充分考慮其燃燒溫度以及局部區域為富養燃燒的主要特點，此類鍋爐同時兼具了燃料型和熱力型兩種類型的NOX生成條件，這也使得針對脫硝反應器入口NOX濃度控制的難度變得越來越高，脫硝噴氨優化調整相關工作受到阻礙。最后可以通過控制風量和氧量，達到降低反應器入口NOX濃度的調節作用。因為在設備和燃燒過程中，NOX的生成情況與燃燒爐膛內氧的濃度聯系緊密，NOX的生成濃度情，與爐膛出口的空氣系數始終呈現出正比的分布態勢，因此為了減少NOX的濃度，可以應用先進的燃燒器，以達到降低NOX的目的，在此類先進設備運行過程中，能夠時刻根據氧量變化調節NOX的排放濃度，因此可以有效減少風量，降低爐膛內的氧含量，不僅能夠降低NOX的濃度，同樣也能減輕催化劑的負擔，延長催化劑的使用壽命。

3.3 提升設備的脫硝效率

SCR脫硝噴氨優化調整過程中主要以液氨作為主要還原劑，在脫硝效率提升方面也主要通過增加供氨量來進行解決，在增加供氨量方面可以適當增大氨閥的開度，提高還原劑的稀釋比。由于此類操作能夠應用現代的自動化控制手段開展遠程控制，這也使得調節氨閥開度成為設備脫硝運轉過程中相對繁瑣的調節手段和舉措。但也要特別注意，一味地增加供氨量以提高設備的脫硝效率，此種舉措難以一以貫之，同樣也需要受到催化劑以及氨逃逸濃度的影響與限制。因此在開展SCR脫硝噴氨優化調整時，可以對各個支管的氨流量進行科學合理的分配，以此作為調節和降低NOX濃度的重要舉措，同時也能降低氨逃逸濃度，在氨使用量方面也能有所節約和降低。

3.4 科學配置混燒煤種

因為不同的煤種在進行燃燒之后會產生不同濃度的NOX，例如褐煤、貧煤、無煙煤等NOX濃度差異明顯。我國有些地區的發電廠的燃煤來源并不穩定，這也導致在實際發電過程中存在同一臺鍋爐需要進行多種類型煤進行混淆的問題，也會造成實際燃煤效果與鍋爐設備的脫硝設計相差較大，原有設計中煤種大多相對穩定，特別是在煤中灰分以及其他微量元素出現偏高問題時，會直接影響SCR脫硝裝置的運行性能，甚至會對鍋爐的正常運轉造成嚴重的負面影響，因此在鍋爐應用期間要綜合配置混燒煤種，避免其與SCR脫硫裝置出現不匹配的問題。

4.結論

本文針對SCR脫硝噴氨優化與運行控制進行深入的分析與討論，論述了SCR脫硝噴氨優化運行控制的必要性，結合具體案例論述SCR脫硝裝置脫硝噴氨優化調整的具體路徑和調整效果，并結合脫硝噴氨優化運行控制綜合因素進行深入的分析，希望以此能夠不斷提高SCR脫硝裝置的運行效率，確保最大安全脫硝效率的實現。