福建某電廠600 MW CE 鍋爐SCR脫硝系統改造

趙順治

（華陽電業(yè)有限公司廈門分公司，福建 廈門 361026）

1 福建某電廠600 MW CE 鍋爐SCR 脫硝系統觸媒（催化劑）升級改造

1.1 工程簡介

福建某電廠600 MW CE 鍋爐原脫硝性能為“反應器入口NOX濃度為150 ppm，出口濃度90 ppm，脫硝效率40%”，為了滿足日益嚴格的環(huán)保標準，現對原有的脫硝系統進行改善；改善后脫硝性能為“反應器入口NOX濃度為220 ppm，出口濃度40 ppm，脫硝效率81.8%”。該電廠委托長春凱希環(huán)保有限責任公司對SCR 系統進行了如下改造：①拆除現有觸媒層，更換新觸媒層（業(yè)主自行采購）；②對觸媒層的空間布局進行了重新規(guī)劃，在已有的觸媒層之上增加一層，并在新的觸媒層之上留出一層；③增加音波吹灰裝置；④重新設計噴氨格柵；⑤重新設計煙氣導流板。

1.2 設計參數（見表1）

表1 脫硝系統入口煙氣參數

SCR 脫硝系統性能運行保障參數如下：脫銷效率應保障在大于或等于81.8%；氨逃逸率應保持在小于或等于5 ppm；一氧化氮和二氧化氮轉化率應保持在小于或等于1%；統觸媒層阻力損失應保持在小于或等于600 Pa。

1.3 改造部分說明

1.3.1 觸媒層改造和觸媒安裝

根據BHK 提供觸媒布置方案，將現有的一層觸媒（標高 FL.+25650）改為兩個催化劑（FL.+25650和 FL.+29080），并且將原有催化劑去掉，但是仍保持原來的 FL.+25650 層催化劑支架，以便新催化劑單元的安裝。因為新加的催化劑在 FL.+25650 中的質量要大于原來催化劑，因此必須根據新催化劑負載來對原來催化劑層的支架進行檢查。經分析，目前催化劑層承載力已能達到新催化劑負載要求。標高FL.+29080 層新增加一層觸媒支撐，用于安裝上部新增觸媒及三年后將保留催化層數，因原有 FL.+28050及 FL.+30450 兩個層間相互干擾，需移除。隨著舊的觸媒一同被拆卸下來，在進行新的觸媒的安裝時，要根據 BHK 給出的參照材料對密封板進行重新設計并制造，因此，在FL.+25650 層和 FL.+29086 層進行新觸媒的安裝時，都要對其進行新的密封板進行安裝，而原來 FL.+25650 層的觸媒安裝軌道仍將保持不變，但在將老觸媒拆卸下來之后，必須對其進行徹底的檢測，如果發(fā)現存在變形等異常情況，就必須對其進行相應的處理，以便達到設計的要求。

1.3.2 增加音波吹灰裝置

改造前后SCR 裝置的操作狀況表明，原有催化劑層內及催化劑表面存在較多的積垢，對裝置的安全性構成了威脅。針對SCR 反應器內飛灰堆積問題，提出在反應器內設置一種新型的非對稱吹灰系統，并利用音波吹灰技術對反應器內飛灰進行處理。

1.3.3 更新注氨格柵

外包人員全面檢查原注氨格柵后發(fā)現，原注氨格柵因為長期在運轉過程中，由于沖刷、磨損和腐蝕比較嚴重，有些管線出現了滲漏，無法再持續(xù)使用，因此，將原來的注氨網全部拆除更換。注氨格柵材料由原碳鋼更換為SUS304 不銹鋼，進一步提高防腐蝕性能。

1.3.4 增設導流板

SCR 入口處導流板對提高 SCR 內空氣分配均勻度起著重要的作用。通過對改進之前SCR 的性能測試，對其進行了全面的分析，得出結論：SCR 內的煙量非常不均衡，離鍋爐較近的一側流速低，煙氣量小，離EP 較近的一側流速高，煙氣量大，這是造成 SCR 堵塞的主要因素之一。本次改造在SCR 入口處增設導流板。

1.3.5 稀釋風管道及閥門改造

原有稀釋風流量不能滿足改造后的設計要求，而且只有一路稀釋風來源。現稀釋風系統改造分為兩部分，一是將舊管道及閥門拆除，新安裝管道及閥門直徑由DN400 改為DN500；二是增加一路稀釋風來源，從一次冷風管道接入，這樣稀釋風系統來源由送風機出口及一次風機出口組成，從而增強了稀釋風系統的安全性。

2 CE 鍋爐SCR 脫硝裝置噴氨優(yōu)化調整試驗

2.1 SCR 脫硝裝置噴氨優(yōu)化調整試驗項目

①預備試驗：實測 SCR 反應器進、出口 NO/O2濃度，與在線 NO/O2分析儀的數值進行對比，為正式試驗準備。②摸底測試：鍋爐 75%負荷下，測試SCR 反應器進、出口的 NO/O2濃度和氨逃逸濃度分布，初步脫硝裝置的脫硝效率和氨噴射流量分配狀況。③AIG 調整優(yōu)化：鍋爐 75% 負荷下，根據 SCR 反應器出口斷面上的 NO/O2濃度分布，調整 AIG 各噴氨分支管蝶閥的開度，使反應器出口的NOX濃度分布更加均勻。④AIG 調整校核：在鍋爐 100%、50%負荷下，對 AIG 各噴氨支管于蝶閥門開度進行微調。⑤噴氨優(yōu)化調整完成后，在機組100%、75%、50%、35%負荷下，對 SCR 脫硝裝置脫硝效率及氨逃逸進行測試，評估當前脫硝裝置性能，指導脫硝運行。

2.2 SCR 脫硝裝置噴氨優(yōu)化調整主要項目試驗方法

2.2.1 一氧化氮和二氧化氮的含量

利用柵格法對 SCR 反應裝置的進、出煙道斷面進行了采樣。將NGA2000 氣體分析器安裝在反應器的入口和出口，通過不銹鋼管將煙氣引出至煙道外，然后進行除塵、降溫和除濕，再連接到氣體分析器上進行分析。通過對煙道氣體中 NO 和O2的測定，可以得到 NOX在煙道氣流段內的分布情況。通過對反應器入口和出口氮氧化物的含量進行數學分析，得出了反應器出口氮氧化物含量的平均數。

2.2.2 逃逸氨的含量

以反應器出口斷面上的 NO/O2濃度分布為依據，本著代表點 NOX平均值與斷面煙道 NOX平均值相等的原則，在反應器出口選擇6 個代表點進行NH3采樣。根據美國環(huán)境保護局的CTM-027 標準，按化學溶劑方法收集了氨逸度試樣，并對試樣中的干煙道流量、二氧化硫含量和氮氧化物含量進行了測定。通過分析試樣中的氨氣濃度，并根據采集的煙氣流量和氨濃度，對每一收集點處煙氣進行了干燥氨氮含量的測定。

2.2.3 系統阻力

在SCR 反應器及催化劑層入口和出口截面上布置比托管，利用冊壓引管將進出口煙氣引到統一平面上，通過電子微壓計顯示全壓差，來計算SCR 脫硝裝置及催化劑阻力。

3 CE 鍋爐噴氨控制邏輯改善

3.1 現狀問題

CE 鍋爐機組在負荷升降、制粉系統啟停、煤質變化等擾動工況下，SCR 出口NOX會出現較大幅度波動，動態(tài)NOX實測與設定值偏差達到±30 mg/Nm3，頻繁超過環(huán)保考核線，控制質量無法滿足環(huán)保考核要求，主要原因是噴氨控制系統抗擾動能力差，導致SCR 出口NOX大幅振蕩，需要運行人員頻繁手動干預或降低NOX設定值，使煙囪排放達到超低排放標準，因無法準確控制煙囪排放濃度，亦造成氨的浪費。尤其AGC、深度調峰等常態(tài)化，改善提高運行品質更為迫切。

SCR 出口NOx 濃度受噴氨流量自動調節(jié)進行控制，現狀DCS 采用兩級PID 控制器串級控制，第一級可按SCR 出口NOX濃度或SCR 脫硝效率之不同控制模式進行切換；根據當前煙氣量、SCR 出入口NOX濃度差值得出噴氨需求量，再由第二級根據噴氨實測流量與需求值的偏差進行調整。經實際應用驗證，該控制策略下煙囪NOX波動較大，局部氨逃逸過高，不僅浪費同時影響觸媒壽命和空預器效率，增加風機電耗等，主要存在以下四點問題。①抗擾動能力不足：負荷變化、制粉系統啟停、煤質變化時，風量和煙氣NOX濃度變化較快，噴氨調節(jié)不能快速響應，滯后于實際NOX濃度變化，SCR 出口及煙囪NOX大幅波動，易造成環(huán)保超標。②控制策略過于簡化：以SCR 出口NOX濃度作為自動調節(jié)的目標參數，在實測值與設定值產生偏差后，調整噴氨需求值進而調整噴氨控制閥開度改變噴氨量，屬于被動調節(jié)，難以適應機組工況多變之情形。③控制對象特性不適應：系統以SCR 出口NOX作為控制目標，環(huán)保則以煙囪出口NOX為考核指標，兩者不論在靜態(tài)還是動態(tài)特性上均存在著差別，最終環(huán)保考核結果與實際SCR 控制值出現偏差。④測量值不準確：受煙氣殘余旋轉及噴氨截面流量不均衡影響，SCR 出口NOX濃度存在較大的不均勻性，出口A/B 側各一個NOX測點，代表性有限，測量值與實際值就可能存在較大偏差，造成噴氨不均衡。

3.2 原因分析

受煤質變化、負荷變動及設備狀況等影響，尤其負荷波動較大時，SCR 入口NOX濃度亦大幅波動，原控制策略回應嚴重滯后，無提前預判量，出口NOX無法及時平穩(wěn)控制，影響超低排放精確控制。分析影響因素主要有：①脫硝入口NOX濃度受燃燒工況影響變化幅度大、速度快，控制器單純跟蹤出口NOX濃度調整噴氨量有一定的時間滯后，導致噴氨量調整后出口NOX未及時變化，控制特性不佳，NOX濃度大幅波動，容易超標。②SCR 出口A/B 兩側每側只安裝一個NOX濃度測點，因SCR 出口煙道橫截面積較大，受SCR 入口NOX分布及噴氨格柵噴氨流量不均影響，SCR 出口截面NOX分布濃度隨著工況變化、觸媒積灰情況而改變，均勻性較差，使得該測值與整個截面平均值產生偏差，當偏差較大時，會影響噴氨控制準確性，出現噴氨不足或過度噴氨的情況周而復始。③環(huán)保最終考核煙囪出口NOX濃度，該測量點與SCR 出口測量點距離長，滯后2～3 min，是典型的大滯后被控對象，噴氨調節(jié)閥動作后，煙囪出口NOX需要一段時間才會有變化，調節(jié)的及時性受到制約。

3.3 改善重點

根據分析結果及反復測試，優(yōu)化脫硝系統控制邏輯，提高NOX變化時噴氨響應速度，提高煙囪出口NOX排放值的控制精度。具體措施說明如下：①控制邏輯原SCR 效率或SCR 出口NOX濃度控制器，改為煙囪出口NOX濃度及效率聯合控制器，效率控制為基礎，控制SCR 出口穩(wěn)定，煙囪出口為精調，優(yōu)化噴氨自動控制，提高控制精度。②將SCR 入口NOX濃度及煙囪煙氣流量作為噴氨控制閥前饋信號，提前調整噴氨，減小測量及控制遲延，提高噴氨控制穩(wěn)定性。③實時計算氨氮摩爾比為1 的理論耗氨量，作為噴氨流量的上限，避免過度噴氨，減少氨逃逸。④基于預測控制理論和經驗，邏輯中增加煙囪出口NOX設定值自動選擇功能，當磨煤機投退或AGC 負荷變化大時，提前調整煙囪出口NOX設定值，跟上NOX變化，有效減緩過調振蕩，提高控制穩(wěn)定性。⑤通過燃燒調整優(yōu)化，降低SCR 入口NoX濃度及其波動幅度，提高其穩(wěn)定性，經測試后將非常用的高位過燃風（HSOFA）噴嘴上兩層擋板改為受運行氧量控制，運行氧量高于控制值時開啟，維持爐膛主燃區(qū)缺氧運行，確保低氮燃燒工況穩(wěn)定，避免NOX大幅波動。

4 結論

①依現場優(yōu)化后實測效果，進行邏輯改善后，噴氨控制反應速度及穩(wěn)定性明顯提高，負荷大幅變動時，NOX也能較穩(wěn)定控制，人為干預大幅減少。動態(tài)過程SCR 入口NOX實測值變化范圍由150～590 降至130～290 mg/Nm3。煙囪NOX實時數值波動幅度由50 降至40 mg/Nm3，小時均值波動幅度由10.1 降至4.5 mg/Nm3，控制穩(wěn)定性大幅提高。②改善后通過對噴氨量上限進行限制，可以減少噴氨總量防止短時過度噴氨。從而降低氨逃逸、延長觸媒使用壽命、緩解空預器堵灰、降低風組電耗、降低空預器水洗頻率、減少氨氮廢水產生。