某電廠SCR煙氣脫硝系統氨分布均勻性試驗與分析

王中偉，劉艇安，李 響，于麗新

（1.國家電投東北電力有限公司，遼寧 沈陽 110181；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179；3.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

某電廠SCR煙氣脫硝系統氨分布均勻性試驗與分析

王中偉1，劉艇安2，李 響3，于麗新2

（1.國家電投東北電力有限公司，遼寧 沈陽 110181；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179；3.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

通過對某電廠SCR脫硝系統出入口煙氣流速、NOx濃度以及氧含量等參數測試，調節噴氨量，進行氨分布均勻性試驗。結果表明，該電廠SCR脫硝系統氨均布調整試驗前A、B側出口煙氣中NOx濃度相對標準偏差較大，分別為80%和78%，煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布不匹配；氨均布調整試驗后煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布相匹配，A、B側煙氣NOx濃度相對標準偏差較小，分別為14%和17%，脫硝效率和脫硝出口煙氣中NH3濃度滿足性能保證值。

脫硝系統；脫硝效率；氨濃度

近年來由于空氣質量不斷下降，環保部門對燃煤電廠排放標準不斷提高，而煙氣中NOx濃度是環保控制排放的主要指標之一。目前針對NOx濃度控制的方法主要有加設低氮燃燒器，在鍋爐頂部和出口分別加設SNCR裝置及SCR裝置等。SCR脫硝裝置具有反應溫度低、反應產物清潔、脫硝效率高、布置靈活以及技術成熟等優點被廣泛應用［1-2］。

在電廠實際運行過程中，由于供給氨氣不純、吹灰不及時或吹灰效果差等原因，存在管道腐蝕以及催化劑堵塞等問題，其中氨分布不均導致后果最為嚴重，若供給氨分布不均會使脫硝出口NOx濃度升高以及氨逃逸，從而導致NOx排放不達標以及SCR后的設備腐蝕、空預器堵塞甚至電除塵器極線結球等問題。因此對該電廠1號機組SCR煙氣脫硝系統改造后進行氨分布均勻性調整和測試，以實現SCR煙氣脫硝系統改造后氨分布均勻的目的。

1 試驗設備及方法

1.1 鍋爐

該電廠鍋爐由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設計制造，型號為HG-1165/17.5-HM3，為亞臨界參數、自然循環、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、緊身封閉、全鋼構架的∏型汽包爐。鍋爐以最大連續負荷（BMCR工況）為設計參數，鍋爐最大連續蒸發量為1 165 t/h；機組電負荷為350MW（TRL工況）時，鍋爐額定蒸發量為1 109 t/h，水壓試驗時水容積547 t，鍋爐主要參數見表1。

表1 鍋爐熱力性能主要參數

1.2 SCR煙氣脫硝系統

電廠現有SCR煙氣脫硝反應系統由SCR催化反應器、氨氣混合和噴射系統、煙氣系統、蒸汽和聲波吹灰系統以及SCR控制系統組成。脫硝反應器位于鍋爐省煤器后空預器前，氨噴射格柵放置在SCR反應器上游的位置。煙氣在鍋爐出口處被平均分成兩路，每路煙氣并行進入1臺垂直布置的SCR反應器里，即每臺鍋爐配有2臺反應器，在反應器里煙氣向下流過均流板、催化劑層，隨后進入回轉式空氣預熱器、靜電除塵器、引風機和脫硫系統，最后通過煙塔合一的煙囪排入大氣。

通過氨噴射器將氨噴射到反應器上游的煙道中，并使之與煙氣均勻混合。然后煙氣進入反應器中，并通過催化劑層，氨作為還原劑與煙氣中的NOx進行反應。

SCR反應器煙氣豎直向下流動，反應器進出口段設置導流板，入口處設氣流均布整流裝置，以達到催化劑對煙氣分布、溫度分布等要求。

每臺反應器中的催化劑按2＋1層設計，初裝2層，預留1層。催化劑為全陶瓷、整體具有活性的蜂窩式催化劑。在設計煤種及校核煤種、鍋爐最大連續出力工況（BMCR）、處理100%煙氣量、入口NOx濃度不大于400 mg/Nm3時，脫硝效率不小于80%（氨逃逸小于3 μL/L）。現有SCR煙氣脫硝設備主要設計參數見表2。

表2 現有SCR煙氣脫硝設備主要設計參數

1.3 試驗儀器及方法

依據GB/T 21509—2008《燃煤煙氣脫硝技術裝備》、DL/T 260—2012《燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗收試驗規范》、DL/T 296—2011《火電廠煙氣脫硝技術導則》，采用傅里葉變換紅外光譜儀Gasmet Dx4000、煙氣分析儀TSETO340、S型皮托管、熱電偶對SCR出入口煙氣氧量、NOx濃度、煙氣溫度、煙氣動壓等參數進行測試，見表3。

表3 試驗項目及方法

1.4 試驗工況和條件

經與電廠協商，1號機組SCR煙氣脫硝系統氨分布均勻性試驗選取在鍋爐蒸發量為950 t/h的工況下進行。

試驗期間，鍋爐負荷應穩定在要求負荷左右，最大波動幅度不超過±5%；試驗期間，燃燒煤種、煤質基本不變、燃料配比不變；試驗期間，制粉系統固定運行方式，給粉均勻；甲乙側引風機擋板開度不變，送風機可根據需要做少許調節，以保證煙氣量和煙塵量均勻穩定；試驗期間，鍋爐不投油槍助燃，不吹灰。

1.5 計算方法

1.5.1 標準偏差

1.5.2 相對標準偏差

2 試驗結果

2.1 SCR煙氣脫硝系統入口流速及NOx濃度測試結果

氨均布試驗調整前，需對SCR脫硝系統入口煙氣流場和NOx濃度場進行標定，SCR脫硝系統入口煙氣流場和NOx濃度場分布對氨均布調整具有一定的影響，因此按照網格法，將每一側煙道劃分為6×4網格，對入口煙氣流場和NOx濃度場逐點進行測量。若脫硝入口某點位相應流場較大，則應考慮增加相應點位噴氨量，以保證出口NOx濃度值相對均勻。SCR煙氣脫硝系統入口流速及NOx濃度測試結果見表4。

表4 入口煙氣流速測試結果 m/s

從1號機組SCR煙氣脫硝系統入口流速測試結果可知，A、B側煙氣流速相對標準偏差分別為13%和18%，其中B側相對標準偏差大于GB/T 21509—2008《燃煤煙氣脫硝技術裝備》中規定的催化劑入口流速標準偏差小于15%的要求。

脫硝入口NOx濃度是氨均布調整參考的重要指標之一，脫硝入口 NOx濃度分布見圖 1和圖2。

從圖1和圖2可知，SCR煙氣脫硝系統A側和B側入口NOx（標干、6%O2）濃度分布較為均勻，測試后經計算可知，脫硝入口A側NOx（標干、6%O2）平均濃度為346 mg/Nm3，相對標準偏差為4%；B側 NOx（標干、6%O2）平均濃度為328 mg/Nm3，相對標準偏差為3%。

2.2 氨均布調整結果

圖1 SCR煙氣脫硝系統入口A側NOx濃度測試結果

圖2 SCR煙氣脫硝系統入口B側NOx濃度測試結果

2.2.1 SCR煙氣脫硝系統調整前出口NOx濃度

從圖3和圖4可知，1號機組調整前SCR煙氣脫硝系統出口煙氣中NOx（標干、6%O2）濃度測試結果為A、B側煙氣中NOx（標干、6%O2）濃度平均值分別為28 mg/Nm3和71 mg/Nm3。A、B側煙氣中NOx（標干、6%O2）濃度相對標準偏差分別為80%和78%，說明煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布不匹配。

2.2.2 SCR煙氣脫硝系統調整后出口NOx濃度

圖3 SCR煙氣脫硝系統調整前出口A側NOx濃度

從圖5和圖6可知，通過調整噴氨閥門開度以及NOx濃度測試后，1號機組SCR煙氣脫硝系統出口煙氣中NOx（標干、6%O2）濃度測試結果為A、B側煙氣中NOx（標干、6%O2）濃度平均值分別為20 mg/Nm3和31 mg/Nm3，平均濃度為25.5 mg/Nm3。A、B側煙氣中NOx（標干、6%O2）濃度相對標準偏差分別為14%和17%，說明煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布相匹配。

2.2.3 SCR煙氣脫硝系統調整后脫硝效率和出口NH3濃度

圖4 SCR煙氣脫硝系統調整前出口B側NOx濃度

圖5 SCR煙氣脫硝系統調整后出口A側NOx濃度

圖6 SCR煙氣脫硝系統調整后出口B側NOx濃度

在脫硝系統中，還原劑NH3與NO和NO2發生選擇性催化還原反應，而幾乎不與煙氣中的O2發生反應，降低了還原劑的消耗。然而由于流場分布、噴氨量、在線儀表精度以及噴嘴堵塞等原因［3］，一部分NH3未與NOx發生反應而直接從脫硝出口排出。在脫硝后設備低溫段，當煙氣中SO3的環境溫度低于其露點時，會與逃逸NH3發生反應生成硫酸氫氨，硫酸氫氨具有粘性且清除困難，因此常造成空預器冷端堵塞。

在氨均布調整期間，噴氨量不均或噴氨量過大會造成局部氨逃逸發生。因此，為保證脫硝效率同時避免在測試期間產生氨逃逸，在脫硝出口對NH3濃度進行測試，同時根據調整后脫硝入口 NOx濃度（原煙氣）濃度和出口 NOx濃度（凈煙氣）測試結果對脫硝效率進行計算，計算結果見表5。

表5 調整后SCR煙氣脫硝系統脫硝效率和氨逃逸結果

從表5可看出，氨均布調整后，脫硝系統A側和B側脫硝效率分別為94.2%和90.5%，脫硝系統脫硝效率平均值為92.5%（＞88%），滿足性能保證值。脫硝出口A側和B側NH3濃度分別為2.02 μL/L和2.15 μL/L（＜3 μL/L），滿足性能保證值。

3 結論

a.該電廠SCR脫硝系統氨均布調整試驗前煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布不匹配，A、B側煙氣中NOx（標干、6%O2）濃度相對標準偏差分別為80%和78%，偏差較大。

b.氨均布調整試驗后煙氣中NH3濃度分布與NOx濃度分布相匹配。A、B側煙氣 NOx（標干、6%O2）濃度相對標準偏差分別為14%和17%，偏差較小。

c. 氨均布調整試驗后，脫硝系統A側和B側脫硝效率分別為94.2%和90.5%（＞88%），滿足性能保證值。脫硝出口A側和B側NH3濃度分別為2.02 μL/L和2.15 μL/L（＜3 μL/L），滿足性能保證值。

［1］王 智，賈瑩光，祁 寧.燃煤電站鍋爐及 SCR脫硝中SO3的生成及危害 ［J］.東北電力技術，2005，26（9）：1 -3.

［2］趙宗林，閆 冰，董建勛.燃煤電站氮氧化物控制技術發展現狀與國產化策略 ［J］.東北電力技術，2006，27（4）：14 -17.

［3］張志強，宋國升，陳崇明，等.某電廠600 MW機組SCR脫硝過程氨逃逸原因分析 ［J］.電力建設，2012，33（6）：67-70.

Test and Analysis of Uniforming Ammonia Distribution of SCR Fue Gas Denitrification System in Given Power Plant

WANG Zhongwei1，LIU Ting'an2，LI Xiang3，YU Lixin2
（1.Northeast Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110181，China；2.Liaoning Dongke Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110179，China；3.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

The ammonia distribution uniformity test is carried out by measuring the parameters with flow rate，NOxconcentration and oxygen content in the exit and inlet of SCR denitrification system.The result shows that the relative standard deviation of NOxconcen?tration in the exit of A and B side is 80%and 78%respectively，the NH3concentration distribution does not match with the distribu?tion of NOxconcentration in the SCR flue gas denitrification system.The NH3concentration matches with the distribution of NOxconcen?tration after tests，Its relative standard deviations is 14%and 17%respectively.The denitrification efficiency and NH3concentration meet the requirements of performance guaranteed value.

denitrification system；denitrification efficiency；ammonia concentration.

X701

A

1004-7913（2017）03-0024-04

王中偉（1963），男，高級工程師，主要從事火電廠環保相關設計與管理工作。

2017-01-05）