SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)摘要：為了調(diào)高脫硝系統(tǒng)效率，在滿意環(huán)保超低排放標(biāo)準(zhǔn)的前提下，削減噴氨量、降低氨逃逸率、降低空預(yù)器堵塞風(fēng)險，對某電廠超臨界2×700MW燃煤機(jī)組脫硝系統(tǒng)進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)。通過調(diào)整噴氨手動門開度，合理調(diào)整SCR噴氨量，使SCR脫硝系統(tǒng)出口氮氧化物濃度分布的勻稱性得到改善，降低了局部氨逃逸峰值，降低了空預(yù)器堵塞的風(fēng)險。關(guān)鍵詞：脫硝系統(tǒng)；噴氨優(yōu)化；氨逃逸率；空預(yù)器堵塞0引言隨著火電廠最新大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)的頒布及煤電節(jié)能減排升級與改造行動方案的實(shí)施，燃煤電廠必需更加嚴(yán)格地掌握煙氣中NOx的排放量。選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)因脫硝效率高且運(yùn)行穩(wěn)定牢靠，而被廣泛應(yīng)用于燃煤電廠。脫硝效率、噴氨量大小和氨氣逃逸率是衡量SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行是否良好的重要依據(jù)。電廠在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于負(fù)荷、鍋爐燃燒工況、煤種、噴氨格柵閥門開度、煙道流場勻稱性、吹掃間隔時間等因素均會影響SCR脫硝效率和氨逃逸率。逃逸氨在空預(yù)器中會生成黏性的硫酸銨或硫酸氫銨，減小空預(yù)器流通截面，造成空預(yù)器堵灰?？疹A(yù)器堵灰不僅影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性而且顯著降低鍋爐平安性，嚴(yán)峻影響脫硝機(jī)組的平安穩(wěn)定運(yùn)行。目前燃煤電廠可以選擇新型的SCR脫硝系統(tǒng)噴氨格柵類型、布置方式及改造噴氨管，調(diào)整噴氨量和噴復(fù)勻稱性，改進(jìn)催化劑入口氨氮比，優(yōu)化煙氣導(dǎo)流板布置、煙氣流速的均布性，或研發(fā)與應(yīng)用煙氣脫硝系統(tǒng)自動掌握技術(shù)。通過提升自控系統(tǒng)穩(wěn)定性和牢靠性等措施，可提高SCR脫硝系統(tǒng)出口NOx分布勻稱性，防止局部氨選逸超標(biāo)，減輕空預(yù)器堵灰、腐蝕、運(yùn)行阻力等問題。某廠由于投產(chǎn)時間早，投產(chǎn)時由于國家環(huán)保要求不高，脫硝系統(tǒng)按出口氮氧化物排污濃度200mg/m3設(shè)計。隨著國家環(huán)保要求的提升，為滿意發(fā)改能源〔2014〕2093號文件《煤電節(jié)能減排升級與改造行動方案（2014—2020年）》的要求，該廠將氮氧化物排放濃度穩(wěn)定的掌握到50mg/m3以下，該廠進(jìn)行了SCR煙氣脫硝提效改造，主要是加裝5號爐第三層及6號爐其次層催化劑來達(dá)到NOx濃度超低排放。通過上述改造措施，能夠?qū)⒌趸餄舛日莆盏?0mg/m3以下，但運(yùn)行過程中存在局部氨逃逸偏大，自動跟蹤系統(tǒng)滿意不了運(yùn)行要求等問題，導(dǎo)致還原劑耗量高、空預(yù)器阻力上升較快等問題。因脫銷系統(tǒng)投產(chǎn)時SCR煙氣脫硝系統(tǒng)采納傳統(tǒng)的線性掌握式噴氨格柵技術(shù)。而目前脫硝系統(tǒng)新型結(jié)構(gòu)改造經(jīng)濟(jì)成本高、周期長，在現(xiàn)有SCR脫硝系統(tǒng)中開展噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，是目前提高氨利用率、削減NOx污染物排放的主要手段，調(diào)整SCR脫硝系統(tǒng)噴氨量，改善SCR脫硝系統(tǒng)出口NOx分布勻稱性和氨利用率。1試驗(yàn)對象及參數(shù)該廠700MW超臨界燃煤5、6號機(jī)組的煙氣脫硝系統(tǒng)采納選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝和板式催化劑，催化劑按“2+1”模式布置，選用二氧化鈦、釩化合物作為催化劑，采納液氨制備脫硝還原劑。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)采納線性掌握式噴氨格柵技術(shù)。噴氨格柵中各組噴嘴之間的氣氨噴射具有較強(qiáng)的獨(dú)立性。SCR脫硝系統(tǒng)入口每側(cè)布置3層上下交叉的噴氨格柵，21支掌握噴氨量安排的噴氨手動門。每個手動門掌握3根支管。每組3個手動門分別對應(yīng)煙道截面前后部分噴氨。1.1試驗(yàn)儀器及調(diào)整方法SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化試驗(yàn)是依據(jù)GB/T16157—1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》，DL/T335—2010《火電廠煙氣脫硝（SCR）裝置運(yùn)行技術(shù)規(guī)范》開展的。依據(jù)測定的SCR脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度分布狀況，調(diào)整手動閥門開度，對應(yīng)調(diào)整噴氨流量[1]。試驗(yàn)時要保證煤質(zhì)負(fù)荷及配風(fēng)方式等條件的穩(wěn)定。由于鍋爐爐型、燃燒方式、燃用煤種的限制，目前的設(shè)備狀況打算了該廠5、6號鍋爐爐膛出口氮氧化物已經(jīng)沒有明顯改進(jìn)空間，故在設(shè)備不進(jìn)行改造的狀況下無法通過燃燒調(diào)整顯著降低SCR入口的NOx產(chǎn)生濃度。同時，由于5、6號鍋爐爐膛較寬，爐膛出口氮氧化物濃度分布勻稱性偏差較大。依據(jù)投運(yùn)磨組合方式、機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷、煤質(zhì)等的不同，鍋爐爐膛出口NOx濃度分布勻稱性偏差較大。目前爐膛出口NOx濃度大小相差約±50mg/m3，環(huán)保政策超低排放限制要求煙囪入口NOx濃度低于50mg/m3，為保證NOx濃度不超標(biāo)，實(shí)際運(yùn)行時一般都要求掌握NOx濃度低于40mg/m3，此種狀況下，簡單消失局部位置的入口NH3/NOx摩爾比超過1.0，造成局部氨逃逸過大，進(jìn)而引發(fā)局部氨逃逸過大導(dǎo)致的空預(yù)器阻力快速上升問題[5]。為此，通過進(jìn)行噴氨調(diào)整試驗(yàn)來評估現(xiàn)有流場和氨混合系統(tǒng)能夠滿意超低排放需要，并打算是否需要進(jìn)一步改造。1.2測試內(nèi)容和方法SCR脫硝裝置的噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)主要在機(jī)組常規(guī)高負(fù)荷（100%負(fù)荷）進(jìn)行，并在高、中、低負(fù)荷（100%、75%、50%）下進(jìn)行驗(yàn)證和微調(diào)。依據(jù)現(xiàn)場條件和測試要求，試驗(yàn)過程如下：預(yù)備與摸底試驗(yàn)：在100%負(fù)荷下實(shí)測反應(yīng)器進(jìn)、出口NOx濃度、氨逃逸等，分別與在線CEMS分析儀表的DCS顯示值進(jìn)行比較，為正式試驗(yàn)做預(yù)備。機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，鍋爐運(yùn)行氧量、磨投運(yùn)組合方式等狀況下，削減脫硝裝置入口NOx的波動。噴氨優(yōu)化調(diào)整：在機(jī)組100%（負(fù)荷穩(wěn)定）負(fù)荷下，依據(jù)SCR反應(yīng)器出口截面的NOx濃度分布，對反應(yīng)器入口水平煙道上的AIG噴氨格柵的手動閥門開度進(jìn)行調(diào)整，最大限度提高反應(yīng)器出口的NOx分布勻稱性。AIG優(yōu)化校核試驗(yàn)：在機(jī)組100%、75%、50%負(fù)荷下，在設(shè)計脫硝效率下測量反應(yīng)器進(jìn)出口的NOx濃度分布和氨逃逸，評估優(yōu)化結(jié)果，并依據(jù)結(jié)果對AIG手動調(diào)閥進(jìn)行微調(diào)。在SCR反應(yīng)器的進(jìn)口和出口煙道截面，分別采納等截面網(wǎng)格法布置煙氣取樣點(diǎn)。在反應(yīng)器平臺布置一套TESTO350型煙氣分析儀，煙氣經(jīng)不銹鋼管引出至煙道外，再經(jīng)過除塵、除濕、冷卻等處理后，最終接入煙氣分析儀進(jìn)行分析。利用煙氣分析儀，在反應(yīng)器的進(jìn)出口逐點(diǎn)切換采集煙氣樣品，分析煙氣中的NO與O2含量，可獲得煙道截面的NOx濃度分布。取反應(yīng)器進(jìn)、出口的NOx濃度的算術(shù)平均值計算脫硝效率。依據(jù)反應(yīng)器出口截面的NO濃度分布，每臺反應(yīng)器選取6個代表點(diǎn)作為NH3取樣點(diǎn)。1.3摸底試驗(yàn)依據(jù)測試，5、6號機(jī)組在負(fù)荷穩(wěn)定時目前脫硝裝置入口NOx濃度在約300mg/m3左右，此入口NOx濃度低于原設(shè)計的NOx。5號機(jī)組負(fù)荷680MWA、B、C、D、E、F磨煤機(jī)投運(yùn)，SCR投入自動掌握前提下，進(jìn)行摸底測試，作為噴氨優(yōu)化調(diào)整前基準(zhǔn)工況。6號機(jī)組負(fù)荷620MWA、B、C、D、E、F磨煤機(jī)投運(yùn)，SCR投入手動掌握前提下，進(jìn)行對比測試。試驗(yàn)過程中，同步在每臺反應(yīng)器進(jìn)、出口測量NOx濃度，同時在反應(yīng)器出口采集氨逃逸樣品，用于計算脫硝效率與氨逃逸，初步評估脫硝裝置的效率和氨噴射流量安排狀況。測試結(jié)果（表1）表明，噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)前，5號爐脫硝裝置A、B兩側(cè)脫硝效率分別為69.6%、87.2%，A、B兩側(cè)煙道截面平均氨逃逸濃度分別為1.7μL/L、5.2μL/L，A、B側(cè)單點(diǎn)最大氨逃逸分別為2.4μL/L、12.7μL/L；6號爐脫硝裝置A、B兩側(cè)脫硝效率分別為76.2%、84.7%，A、B兩側(cè)煙道截面平均氨逃逸濃度分別為1.2μL/L、0.9μL/L，A、B側(cè)單點(diǎn)最大氨逃逸分別為2.3μL/L、1.6μL/L。表1優(yōu)化調(diào)整前的脫硝效率、氨逃逸分析<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009202321523358.jpg”alt=“1.jpg”width=“475”height=“350”/對比5號機(jī)組脫硝反應(yīng)器出口NOx分布結(jié)果見圖1、2。摸底試驗(yàn)工況下A、B側(cè)脫硝反應(yīng)器入口NOx分布相對偏差在10%以內(nèi)，說明入口NOx分布相對較為勻稱。A側(cè)噴氨量65kg/h，B側(cè)噴氨量75.18kg/h。實(shí)測A側(cè)入口NOx濃度263.8mg/m3，B側(cè)入口NOx濃度274.5mg/m3；DCS顯示A側(cè)入口NOx濃度263.1mg/m3，B側(cè)入口NOx濃度296.5mg/m3。實(shí)測A側(cè)出口NOx濃度80.3mg/m3，NOx濃度最大值為134.0mg/m3，最小值為47.8mg/m3。B側(cè)出口NOx濃度35mg/m3，NOx濃度最大值為67.2mg/m3，最小值為16.7mg/m3；DCS顯示A側(cè)出口NOx濃度87.8mg/m3，B側(cè)出口NOx濃度68.3mg/m3。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009202321530104.jpg”alt=““width=“522”height=“362”/<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009202321536358.jpg”alt=““width=“476”height=“344”/A側(cè)反應(yīng)器出口截面NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為27.0%，初步計算第一層催化劑入口NH3/NO摩爾比偏差為8.2%；B側(cè)反應(yīng)器出口截面NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為39.0%，初步計算第一層催化劑入口NH3/NO摩爾比偏差為5.0%。從圖2可以看出，摸底試驗(yàn)表現(xiàn)出A側(cè)靠近中心線位置處存在單點(diǎn)過大的狀況，但整體NOx濃度分布無明顯規(guī)律。依據(jù)實(shí)測值與表盤氨氣用量，B側(cè)由于噴氨量高于A側(cè)，導(dǎo)致B側(cè)的氮氧化物較A側(cè)低，且B側(cè)由于噴氨不均，消失了氨逃逸超過3μL/L的點(diǎn)，意味著B側(cè)空預(yù)器堵塞的風(fēng)險較A側(cè)高，煙風(fēng)系統(tǒng)也顯示B側(cè)空預(yù)器阻力高于A側(cè)約300Pa，反映消失場實(shí)測數(shù)據(jù)無誤。對比6號機(jī)組脫硝反應(yīng)器出口NOx分布結(jié)果（圖3和圖4）：摸底試驗(yàn)工況下A、B側(cè)脫硝反應(yīng)器入口NOx分布相對偏差在10%以內(nèi)，說明入口NOx分布相對較為勻稱。A側(cè)噴氨量75.6kg/h，B側(cè)噴氨量78.1kg/h。實(shí)測A側(cè)入口NOx濃度291.5mg/m3，B側(cè)入口NOx濃度261.5mg/m3；DCS顯示A側(cè)入口NOx濃度342.5mg/m3，B側(cè)入口NOx濃度310.6mg/m3。實(shí)測A側(cè)出口NOx濃度69.4mg/m3，NOx濃度最大值為143.3mg/m3，最小值為15.1mg/m3。B側(cè)出口NOx濃度40mg/m3，NOx濃度最大值為114.5mg/m3，最小值為15.5mg/m3；DCS顯示A側(cè)出口NOx濃度51.1mg/m3，B側(cè)出口NOx濃度42.7mg/m3。A側(cè)反應(yīng)器出口截面NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為44.7%，初步計算第一層催化劑入口NH3/NO摩爾比偏差為10.6%；B側(cè)反應(yīng)器出口截面NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為63.1%，初步計算第一層催化劑入口NH3/NO摩爾比偏差為9.6%。從圖3可以看出，摸底試驗(yàn)中反應(yīng)器出口整體NOx濃度分布無明顯規(guī)律。對比摸底試驗(yàn)5、6號機(jī)組的測試數(shù)據(jù)，6號機(jī)NOx濃度分布相對偏差較小，由于兩臺爐導(dǎo)流板、噴氨系統(tǒng)設(shè)計均相同，主要在于鍋爐燃燒和噴氨支管閥門開度不全都。因此，6號機(jī)只需對部分噴氨支管閥門開度進(jìn)行微調(diào)。由于5號機(jī)NOx濃度分布相對偏差較大，此次試驗(yàn)重點(diǎn)是對5號機(jī)進(jìn)行調(diào)整。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009202321530010.jpg”alt=“4.jpg”width=“503”height=“608”/1.4驗(yàn)證試驗(yàn)在5號機(jī)組600~680MW穩(wěn)定負(fù)荷條件下，依據(jù)摸底測試測得SCR反應(yīng)器出口截面的NOx濃度分布結(jié)果，對反應(yīng)器入口豎直煙道上噴氨格柵不同支管的手動閥開度進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過多次調(diào)整格柵開度，兩個反應(yīng)器出口截面的NOx分布勻稱性均有肯定改善。為防止個別閥門開度過小導(dǎo)致流過此噴氨支管的稀釋風(fēng)量過低，噴氨優(yōu)化調(diào)整過程需要兼顧NOx勻稱性和稀釋風(fēng)量的平衡，防止一味追求NOx勻稱性而導(dǎo)致噴氨支管閥門開度較小導(dǎo)致的噴嘴堵塞積灰問題。在調(diào)整后的閥門開度下，進(jìn)行了5號爐噴氨優(yōu)化調(diào)整后的驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2所示。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009202321532832.jpg”alt=“5.jpg”width=“478”height=“383”/2結(jié)語1）三個負(fù)荷下5號爐A、B側(cè)脫硝反應(yīng)器入口NOx濃度實(shí)測值基本全都，總體來說與A側(cè)的CEMS儀表指示值基本接近。但高負(fù)荷B側(cè)儀表顯示偏高較多。2）中低負(fù)荷下5號爐實(shí)測值較煙囪入口CEMS儀表顯示偏高10~20mg/m3，由于NO部分被氧化為了NO2，導(dǎo)致煙囪入口偏低，基本可以接受。但高負(fù)荷下兩者相差較大，依據(jù)用氨量計算，則出口濃度基本接近脫硝反應(yīng)器出口實(shí)測值，懷疑煙囪位置表計不準(zhǔn)，熱工專業(yè)對該表進(jìn)行校準(zhǔn)后正常。3）脫硝出口CEMS系統(tǒng)只有兩個采樣探頭，且均安裝在反應(yīng)器的中心線位置處，不能較好反映各位置的NOx濃度，已建議熱工專業(yè)每臺反應(yīng)器新增加兩臺采樣探頭，分別安裝在反應(yīng)器的外側(cè)和內(nèi)側(cè)，與現(xiàn)有兩臺探頭采集的煙氣混合后送入CEMS系統(tǒng)進(jìn)行分析，目前已列入明年檢修方案。4）依據(jù)噴氨調(diào)整，5號爐高中低負(fù)荷下的NOx濃度分布偏差能維持到20%以內(nèi)，從NH3/NO摩爾分布來看現(xiàn)有流場能滿意超低排放需要；但目前存在催化劑磨損現(xiàn)象，流速場可能不勻稱，后續(xù)還需托付第三方對現(xiàn)有脫硝流場和氨混合系統(tǒng)進(jìn)行CFD模擬，考察能否優(yōu)化