1 000 MW燃煤機(jī)組SCR超低排放關(guān)鍵參數(shù)性能評(píng)估與分析

馮前偉，朱仁涵，徐思達(dá)，劉博，張楊，王豐吉，朱躍

（1. 華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江省 杭州市 310030；2. 中國(guó)華電集團(tuán)有限公司福建分公司，福建省 福州市 350512）

0 引言

為響應(yīng)三部委提出的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃》(2014—2020年)[1]，國(guó)內(nèi)燃煤電廠紛紛開(kāi)展超低排放改造工作[2-5]。選擇性催化還原(selective catalytic reduction，SCR)作為我國(guó)燃煤電廠煙氣脫硝主流工藝，在本次脫硝超低排放改造技術(shù)中仍占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位[6-8]。超低排放改造后更低的排放限值勢(shì)必會(huì)對(duì)運(yùn)行調(diào)控的要求更高，同時(shí)氨逃逸引起的下游裝置(如空預(yù)器)硫酸氫銨堵塞和催化劑失活等問(wèn)題也將越發(fā)突出，對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不利影響。而1 000 MW燃煤機(jī)組作為國(guó)內(nèi)先進(jìn)機(jī)組排頭兵，對(duì)其脫硝裝置超低排放改造后的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行性能評(píng)估與分析，有利于掌握此類機(jī)組脫硝裝置實(shí)際性能，同時(shí)通過(guò)評(píng)估分析其超低排放改造后暴露的問(wèn)題，也有助于剖析問(wèn)題產(chǎn)生的根源。

為此，以已實(shí)現(xiàn)脫硝超低排放的某1 000 MW燃煤機(jī)組SCR脫硝裝置為例，對(duì)該脫硝裝置不同負(fù)荷工況下的關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析研究，針對(duì)存在的問(wèn)題，提出相應(yīng)的解決措施，以期為燃煤機(jī)組超低排放新形勢(shì)下實(shí)際運(yùn)行調(diào)整提供指導(dǎo)和借鑒。

1 脫硝裝置概況

針對(duì)超低排放改造后的某1 000 MW燃煤機(jī)組SCR 脫硝裝置，選取最有代表性的3 種負(fù)荷，即高負(fù)荷(100%負(fù)荷)、中負(fù)荷(75%負(fù)荷)和低負(fù)荷(50%負(fù)荷)，分別在SCR 反應(yīng)器入口、出口煙道預(yù)留性能測(cè)試點(diǎn)位置，采用網(wǎng)格法，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[9-12]進(jìn)行性能測(cè)試和評(píng)估。每種負(fù)荷條件下性能測(cè)試的主要參數(shù)包括SCR 入口、出口NOx質(zhì)量濃度，以及脫硝效率、氨逃逸濃度等。表1 為某1 000 MW 燃煤機(jī)組脫硝系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)。圖1為脫硝裝置性能試驗(yàn)測(cè)試位置。

圖1 脫硝裝置性能試驗(yàn)測(cè)試位置Fig.1 Test positions for performance test of denitrification unit

表1 某1 000 MW燃煤機(jī)組脫硝系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Main design parameters of denitrification system for a 1 000 MW coal-fired unit

2 性能試驗(yàn)評(píng)估及分析

2.1 脫硝效率

3 種負(fù)荷工況下脫硝裝置超低排放改造后的入口、出口NOx質(zhì)量濃度及其脫硝效率實(shí)測(cè)值與原設(shè)計(jì)值如表2所示。由表2可以看出，超低排放改造后，脫硝裝置在不同負(fù)荷工況下的實(shí)際脫硝效率相比于原設(shè)計(jì)值有較明顯的提升，表明脫硝裝置超低排放改造后脫硝效果良好；機(jī)組在中、低負(fù)荷條件下脫硝入口NOx質(zhì)量濃度明顯增大，且反應(yīng)器A、B側(cè)脫硝效率和出口NOx質(zhì)量濃度偏差呈增大趨勢(shì)，表明脫硝裝置反應(yīng)器A、B 側(cè)脫硝效率及NOx質(zhì)量濃度受機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)影響較大。因此需要優(yōu)化燃燒調(diào)整，保持合理負(fù)荷波動(dòng)，將NOx質(zhì)量濃度盡量控制在原設(shè)計(jì)值內(nèi)。

表2 入口、出口NOx質(zhì)量濃度及其脫硝效率測(cè)試結(jié)果Tab.2 Test results of NOx concentration at inlet and outlet and its denitrification efficiency

2.2 SCR入口NOx濃度分布

高、中、低負(fù)荷工況下SCR 入口NOx質(zhì)量濃度分布分別如圖2—4 所示，SCR 入口NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差如表3 所示。由圖2—4 可以看出，不同負(fù)荷工況下SCR 入口NOx質(zhì)量濃度分布變化不大。由表3 可以看出，低負(fù)荷工況下SCR 入口NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差稍大，但整體上各負(fù)荷工況下SCR 入口NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差基本能夠控制在6%以內(nèi)，且SCR 反應(yīng)器A、B 兩側(cè)之間偏差也不大。這表明脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度分布較均勻，入口濃度場(chǎng)不是影響脫硝裝置整體流場(chǎng)的關(guān)鍵因素，建議電廠在日常運(yùn)行時(shí)把重點(diǎn)放在控制入口濃度值上，把入口濃度分布放在其次。

圖2 高負(fù)荷工況下SCR入口NOx質(zhì)量濃度分布Fig.2 NOx concentration distribution at inlet of SCR under high load condition

圖3 中負(fù)荷工況下SCR入口NOx質(zhì)量濃度分布Fig.3 NOx concentration distribution at inlet of SCR under medium load condition

圖4 低負(fù)荷工況下SCR入口NOx質(zhì)量濃度分布Fig.4 NOx concentration distribution at inlet of SCR under low load condition

表3 SCR入口NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Tab.3 Relative standard deviation of NOx concentration distribution at inlet of SCR

2.3 SCR出口NOx濃度分布

高、中、低負(fù)荷工況下SCR 出口NOx質(zhì)量濃度分布分別如圖5—7 所示，SCR 出口NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差如表4 所示。與SCR 入口NOx質(zhì)量濃度分布情況相反，由圖5—7 及表4 可見(jiàn)，不同負(fù)荷工況下SCR 出口NOx質(zhì)量濃度分布變化情況各不相同，其中：高負(fù)荷工況下不均勻程度最高，SCR 出口A、B 兩側(cè)的NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差都在50%以上；中負(fù)荷工況次之，其NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差都在30%以上，但同時(shí)該工況下A、B 兩側(cè)之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最大，達(dá)到30.5%；低負(fù)荷工況下偏差相對(duì)而言最小，但是其A、B 兩側(cè)之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差也達(dá)到了22.6%。這些結(jié)果表明脫硝裝置出口NOx質(zhì)量濃度分布很不均勻，分析其原因，一方面是超低排放后排放值更低，對(duì)運(yùn)行調(diào)控要求更高，調(diào)整難度更大，容易造成噴氨不均；另一方面則是前期超低排放改造過(guò)程中未有效開(kāi)展脫硝裝置流場(chǎng)改造或改造措施有限。為此，需要提高認(rèn)識(shí)，提升運(yùn)行調(diào)控水平，加強(qiáng)噴氨優(yōu)化調(diào)整，必要時(shí)根據(jù)機(jī)組自身實(shí)際情況開(kāi)展精準(zhǔn)噴氨或智能噴氨改造工作[13-16]。

圖5 高負(fù)荷工況SCR出口NOx質(zhì)量濃度分布Fig.5 NOx concentration distribution at outlet of SCR under high load condition

圖6 中負(fù)荷工況SCR出口NOx質(zhì)量濃度分布Fig.6 NOx concentration distribution at outlet of SCR under medium load condition

圖7 低負(fù)荷工況SCR出口NOx質(zhì)量濃度分布Fig.7 NOx concentration distribution at outlet of SCR under low load condition

表4 SCR出口NOx質(zhì)量濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Tab.4 Relative standard deviation of NOx concentration distribution at outlet of SCR

2.4 氨逃逸

SCR 反應(yīng)器出口氨逃逸濃度如表5 所示，可以看出，在高負(fù)荷和中負(fù)荷工況下，SCR 反應(yīng)器出口A、B 兩側(cè)NH3質(zhì)量濃度均超出脫硝裝置原設(shè)計(jì)值(2.28 mg/m3)。結(jié)合上述分析可以看出，脫硝效率要求越高、濃度場(chǎng)均勻性越差時(shí)，氨逃逸濃度超標(biāo)情況越明顯。這主要是因?yàn)闄C(jī)組調(diào)峰引起的負(fù)荷多變導(dǎo)致NOx濃度波動(dòng)大，同時(shí)超低排放改造后對(duì)流場(chǎng)均勻性更高的要求也容易引起氨逃逸濃度超標(biāo)，此外，氨逃逸濃度在線表計(jì)監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)、催化劑壽命管理不合理等問(wèn)題也會(huì)給氨逃逸控制增加難度。為此，一方面要注意加強(qiáng)低氮燃燒優(yōu)化調(diào)整工作，另一方面定期開(kāi)展噴氨優(yōu)化試驗(yàn)[17-18]工作仍十分必要，同時(shí)還應(yīng)關(guān)注催化劑全壽命管理[19]，定期對(duì)運(yùn)行中催化劑檢測(cè)進(jìn)行評(píng)估[20-21]。

表5 SCR反應(yīng)器出口氨逃逸濃度Tab.5 Ammonia escape concentration atoutlet of SCR reactormg·m-3

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)已完成超低排放改造的某1 000 MW燃煤機(jī)組開(kāi)展SCR脫硝裝置性能測(cè)試，分析研究了該脫硝裝置不同負(fù)荷工況下的脫硝效率，入口、出口NOx濃度分布，以及氨逃逸濃度等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明：該機(jī)組SCR脫硝裝置整體性能良好，但流場(chǎng)均勻性差、氨逃逸濃度超標(biāo)等問(wèn)題仍然存在。針對(duì)這些問(wèn)題，相應(yīng)的解決措施主要有：

1）運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)控水平，優(yōu)化鍋爐運(yùn)行及低氮燃燒調(diào)整，將氮氧化物生成濃度控制在原設(shè)計(jì)值以下水平，必要時(shí)可以考慮低氮燃燒優(yōu)化改造或SNCR-SCR聯(lián)用工藝。

2）優(yōu)化氨噴射系統(tǒng)，定期或不定期開(kāi)展噴氨優(yōu)化及流場(chǎng)均勻性試驗(yàn)，對(duì)脫硝裝置開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)冷態(tài)流場(chǎng)摸底試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合工作，必要時(shí)根據(jù)機(jī)組自身實(shí)際情況開(kāi)展精準(zhǔn)噴氨或智能噴氨改造工作。

3）重視催化劑全壽命管理工作，定期對(duì)運(yùn)行中催化劑進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。

“今年下半年，我們的貸款利率沒(méi)有繼續(xù)上升。”某紡織企業(yè)總經(jīng)理何文說(shuō)，銀行貸款手續(xù)費(fèi)高的現(xiàn)象最近也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，“我找華夏銀行貸款，以前抵押物評(píng)估費(fèi)用、銀行人員差旅費(fèi)用都要由我們企業(yè)來(lái)承擔(dān)，現(xiàn)在全部由銀行自己承擔(dān)，這在以前是難以想象的。”

4）加強(qiáng)脫硝設(shè)備及儀表維護(hù)力度，提高運(yùn)行維護(hù)管理水平。