300 MW機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整研究

車垚，張鴻，陶莉，周艷明

（國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

300 MW機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整研究

車垚，張鴻，陶莉，周艷明

（國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

針對300 MW燃煤火電機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)出口NOX分布均勻性差，總排口與SCR出口NOX濃度偏差大等問題，對SCR系統(tǒng)噴氨格柵進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。調(diào)整結(jié)果表明，A/B兩側(cè)出口NOX濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差從61.56%和69.57%下降至15.34%和21.84%。因此，噴氨優(yōu)化對格柵式噴氨混合結(jié)構(gòu)具有良好的調(diào)整效果，進(jìn)而有效降低SCR氨逃逸水平，從而保證尾端設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

SCR；噴氨；優(yōu)化調(diào)整；脫硝系統(tǒng)

SCR裝置在設(shè)計(jì)階段通過流場模擬通常可以達(dá)到進(jìn)入頂層催化劑表面的煙氣流場均勻〔1－3〕。但由于省煤器出口煙氣中NOX分布本身不是很均勻，同時SCR入口氨噴射系統(tǒng)支管道本身阻力不同，導(dǎo)致反應(yīng)器出口截面NOX分布均勻性較差，進(jìn)而導(dǎo)致SCR出口CEMS值與實(shí)際平均值偏差較大，表現(xiàn)為煙囪總排CEMS與SCR出口CEMS存在較大偏差〔4－5〕。因此，在長期運(yùn)行過程中有必要進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整，調(diào)節(jié)入口氨噴射系統(tǒng)噴氨合理性，從而最大限度地實(shí)現(xiàn)出口截面NOX分布的均勻性，避免局部區(qū)域氨逃逸過大〔6〕；在提高氨利用率的同時，降低空預(yù)器硫酸氫銨腐蝕的可能性，避免影響機(jī)組安全運(yùn)行〔7〕。

1 噴氨優(yōu)化調(diào)整機(jī)組

2015年9月以來，某電廠300 MW機(jī)組煙囪總排口CEMS中NOX濃度呈現(xiàn)大幅度波動現(xiàn)象(波動范圍在98～185 mg/m3之間)，同時SCR系統(tǒng)出口A/B側(cè)CEMS中NOX濃度的平均值與對應(yīng)時間點(diǎn)煙囪總排口CEMS中NOX濃度值相差80～100 mg/m3，存在顯著差異。因此，以該機(jī)組作為研究對象，考察通過噴氨優(yōu)化可以達(dá)到最佳SCR出口NOX分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差水平，為其他同類型機(jī)組的噴氨優(yōu)化調(diào)整提供實(shí)踐參考。

2 優(yōu)化調(diào)整的方法

2.1 SCR氨噴射系統(tǒng)

該機(jī)組SCR裝置采用典型噴氨格柵，單側(cè)反應(yīng)器入氨噴射系統(tǒng)沿寬度方向分為6組，每組分為長、中、短3根噴氨支管，通過調(diào)整該18只噴氨支管開度，最終實(shí)現(xiàn)出口截面NOX分布均勻性。

2.2 噴氨優(yōu)化調(diào)整方法

噴氨格柵的優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)通常選擇在100%鍋爐負(fù)荷下進(jìn)行，根據(jù)初次測得反應(yīng)器出口截面NOX分布情況，增大或減小對應(yīng)出口截面區(qū)域的噴氨支管調(diào)閥開度，反復(fù)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)出口截面NOX分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在20%以內(nèi)為宜。

相對標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算一般用出口NOX濃度的偏差系數(shù)CV表示，其值一般控制在20%以內(nèi)。其計(jì)算方法為:

式中 xi為脫硝反應(yīng)器出口某一點(diǎn)的NOX濃度；σ為脫硝反應(yīng)器出口NOX濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，x－為脫硝反應(yīng)器出口處測量截面所有點(diǎn)的NOX濃度的平均值。

滿負(fù)荷設(shè)計(jì)脫硝率測試，根據(jù)測試結(jié)果情況適當(dāng)調(diào)整供氨支路閥門，并最終復(fù)測。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 調(diào)整前SCR系統(tǒng)出口NOX濃度分布

首先對機(jī)組SCR系統(tǒng)出口NOX濃度分布進(jìn)行測試，考察SCR系統(tǒng)出口NOX濃度分布的均勻性，測點(diǎn)采用網(wǎng)格法(9×3)布置，橫向每側(cè)設(shè)置9個測孔，每個測孔縱向設(shè)置3個測點(diǎn)，測點(diǎn)均勻覆蓋測試斷面，各測點(diǎn)位置分布如圖1所示。

圖1 SCR系統(tǒng)NOX/O2濃度測試測點(diǎn)布置

調(diào)整前SCR出口A/B側(cè)O2和NOX分布測試結(jié)果如表1和圖2，3所示。

表1 調(diào)整前SCR出口A/B側(cè)O2和NOX分布測試結(jié)果

圖2 調(diào)整前SCR系統(tǒng)出口A側(cè)NOX濃度分布

圖3 調(diào)整前SCR系統(tǒng)出口B側(cè)NOX濃度分布

從現(xiàn)場測試結(jié)果可知，A側(cè)和B側(cè)的O2相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為21.42%和20.73%，而NOX濃度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為61.56%和69.57%，這表明調(diào)整前NOX濃度分布非常不均勻，其中A8，A9和B7，B8，B9對應(yīng)煙道區(qū)域內(nèi)的NOX濃度顯著高于其他區(qū)域。因此需要針對上述區(qū)域的噴氨格柵入口閥開度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以減小上述區(qū)域的NOX濃度，從而降低A/B側(cè)NOX濃度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。

3.2 調(diào)整后SCR系統(tǒng)出口NOX濃度分布

根據(jù)前述SCR系統(tǒng)出口NOX濃度分布測試結(jié)果，將A8，A9，B7，B8和B9對應(yīng)的噴氨調(diào)節(jié)閥門開度增大，從而加大對應(yīng)位置斷面的噴氨量，同時測量對應(yīng)測孔位置的NOX濃度，直至NOX濃度降低到合理范圍(調(diào)節(jié)完畢后A8，A9和B7對應(yīng)噴氨調(diào)節(jié)閥門分別增加2格開度，B8，B9對應(yīng)的噴氨調(diào)節(jié)閥門則接近全開狀態(tài))。噴氨調(diào)整結(jié)束后，SCR系統(tǒng)出口NOX濃度分布如表2和圖4，5所示。

表2 調(diào)整后SCR出口A/B側(cè)O2和NOX分布測試結(jié)果

圖4 調(diào)整后SCR系統(tǒng)出口A側(cè)NOX濃度分布

圖5 調(diào)整后SCR系統(tǒng)出口B側(cè)NOX濃度分布

從調(diào)整后的測試結(jié)果可知，進(jìn)行噴氨調(diào)整后，A/B側(cè)O2%相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為7.07%和7.26%，這說明高負(fù)荷工況下，煙氣氣流具有較好的均布性；與此同時，A/B側(cè)NOX濃度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差相比調(diào)整前分別下降至15.34%和21.84%，這說明噴氨調(diào)整有效降低了局部NOX濃度過高的問題，改善了A/B側(cè)NOX濃度分布的均勻性，此時A側(cè)NOX濃度已經(jīng)達(dá)到均勻分布的范疇，但B側(cè)由于B8，B9在最大噴氨工況下仍處于相對較高濃度，因此B側(cè)NOX濃度離合理分布范疇還有一定距離。

3.3 故障診斷分析

3.3.1 CEMS監(jiān)測值差異分析

經(jīng)過數(shù)據(jù)整理與換算，SCR出口NOX濃度實(shí)測值、SCR出口CEMS和總排口CEMS的比較結(jié)果見表3。

表3 調(diào)整前后NOX濃度實(shí)測值與CEMS測試值的比較

從表3結(jié)果可知，調(diào)整前SCR出口A/B側(cè)測試NOX平均濃度與SCR出口CEMS監(jiān)測濃度的差值分別為25 mg/m3和14 mg/m3，調(diào)整后的差值分別為9 mg/m3和12 mg/m3，可見經(jīng)過噴氨調(diào)整，SCR出口CEMS與實(shí)測值之間的差異得到明顯改善；而SCR出口與煙囪總排口CEMS的差值也從調(diào)整前的32～53 mg/m3減小至16～25 mg/m3，差異性得到顯著改善。

該機(jī)組SCR系統(tǒng)出口CEMS測點(diǎn)設(shè)置在A/B側(cè)出口煙道的中間位置(分別對應(yīng)測孔A4和B5)，因此當(dāng)SCR系統(tǒng)噴氨均勻性較差時，實(shí)際SCR出口A/B側(cè)NOX濃度與SCR出口CEMS測試濃度之間存在較大差異，因此，為確保SCR出口CEMS的監(jiān)測值能夠真實(shí)反映實(shí)際NOX的濃度，應(yīng)在可調(diào)整范圍內(nèi)，盡量保證SCR系統(tǒng)出口NOX濃度的均勻分布。

3.3.2 SCR出口局部NOX濃度偏高的原因分析

經(jīng)過實(shí)際測試，證明該機(jī)組SCR系統(tǒng)出口局部NOX濃度偏高，特別是當(dāng)調(diào)整過程中將B8，B9對應(yīng)噴氨調(diào)節(jié)閥門調(diào)整至全開狀態(tài)，對應(yīng)出口NOX濃度仍維持在較高范圍(57～65 mg/m3)，因此，SCR系統(tǒng)可能存在下述故障，導(dǎo)致出口NOX濃度局部偏高。

1)SCR進(jìn)口NOX濃度局部偏高。可能SCR進(jìn)口處由于鍋爐燃燒等多方面原因，導(dǎo)致煙氣進(jìn)入SCR系統(tǒng)時，入口NOX濃度分布存在較大偏差，從而表現(xiàn)為局部NOX濃度過高。

2)SCR進(jìn)口氣流流速局部過高。可能由于SCR進(jìn)口處氣流均布性較差，存在局部氣流流速過高，經(jīng)過導(dǎo)流板進(jìn)入第一層催化劑上層時仍未得到有效改善，從而在相同噴氨量工況下，局部煙氣中NH3濃度相對較低，同時煙氣在該區(qū)域所屬催化劑層停留時間相對較短，反應(yīng)時間不足，進(jìn)而導(dǎo)致SCR出口對應(yīng)區(qū)域NOX濃度偏高的現(xiàn)象。

3)SCR系統(tǒng)局部催化劑失活。由于經(jīng)過SCR系統(tǒng)的煙氣未經(jīng)除塵處理，含塵量較高(通常為15～27 g/m3范圍內(nèi))，因此燃煤飛灰中的堿金屬和砷化合物在催化劑表面的吸附結(jié)構(gòu)中富集，在一定條件下將導(dǎo)致脫硝催化劑失活，喪失催化能力，SCR系統(tǒng)局部區(qū)域NOX處理能力不足，從而表現(xiàn)為SCR出口局部NOX濃度偏高。

4)噴氨格柵局部噴嘴堵塞。由于經(jīng)過SCR系統(tǒng)的煙氣含塵量高，在長期運(yùn)行過程中，可能導(dǎo)致噴氨格柵中噴嘴的堵塞，造成相應(yīng)區(qū)域煙氣中NH3濃度過低，NOX處理能力不足，進(jìn)而導(dǎo)致SCR出口對應(yīng)區(qū)域NOX濃度偏高的現(xiàn)象。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

4.1.1 機(jī)組SCR出口與煙囪總排口CEMS中NOX濃度監(jiān)測值差異較大的主要原因:

1)SCR系統(tǒng)入口NOX濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，導(dǎo)致局部NOX濃度偏高現(xiàn)象；

2)機(jī)組SCR系統(tǒng)出口CEMS測點(diǎn)位于系統(tǒng)中NOX濃度偏低的區(qū)域。

4.1.2 該機(jī)組SCR系統(tǒng)出口與煙囪總排口CEMS中NOX濃度監(jiān)測值差異較大，還需注意幾個方面:

1)SCR系統(tǒng)入口氣流均布性。SCR系統(tǒng)入口氣流均布性較差，將導(dǎo)致局部氣流速度過高現(xiàn)象；

2)催化劑的活性。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，SCR出口NOX濃度偏高區(qū)域?qū)?yīng)的催化劑層可能存在局部失活的現(xiàn)象；

3)入口噴氨格柵噴嘴。SCR出口NOX濃度偏高區(qū)域?qū)?yīng)的入口噴氨格柵噴嘴可能存在堵塞故障。

4.2 建議

1)通過鍋爐工況優(yōu)化等手段，改善SCR系統(tǒng)入口NOX濃度的均布性；

2)后期大修技改期間，通過改良SCR系統(tǒng)入口導(dǎo)流設(shè)施，改善第一層催化劑上方氣流分布的均勻性；

3)后期停機(jī)檢修期間，對催化劑失活狀況進(jìn)行排查，并取樣進(jìn)行催化劑活性檢測；

4)后期停機(jī)檢修期間，檢查噴氨格柵噴嘴是否存在堵塞，并對相關(guān)故障噴嘴進(jìn)行清理。

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Optimization for Ammonia Injection of 300 MW Unit SCR Denitration System

CHE Yao，ZHANG Hong，TAO Li，ZHOU Yanming
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

In this paper，SCR system is optimized and adjusted according to the problems of the low uniformity of outlet NOXconcentrations and NOxlarge concentration deviation between the total discharge outlet and SCR outlet in 300 MW coal－fired power plant.The result shows that the relative standard deviations of NOXconcentration distributions on both sides of A/B is reduced from 61.56%to 15.34%and from 69.57%to 21.84%respectively.Therefore，this optimization method has a good effect on the grid-spray ammonia mixing structure，thus effectively reducing SCR ammonia escape level，so as to ensure the long-term stable operation of the subsequent equipments.

SCR；ammonia injection；optimization；denitration system

X701.3

B

1008-0198(2017)04-0069-04

車垚(1986)，男，湖北荊州人，工程師，博士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)環(huán)境保護(hù)。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.020

2016-11-04 改回日期:2017-05-04