1000MW電站鍋爐SCR噴氨優化試驗分析

馬彥斌， 唐郭安， 陳廣偉， 馮前偉

1000MW電站鍋爐SCR噴氨優化試驗分析

馬彥斌， 唐郭安， 陳廣偉， 馮前偉

（華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030）

論述了超臨界電站鍋爐噴氨優化過程，根據煙道內NOX濃度分布規律，有針對性的調整噴氨系統，從而降低了噴氨量，提高了SCR出口NOX分布均勻性，降低了氨逃逸濃度，減小了硫酸氫氨對空氣預熱器的腐蝕風險，并提高了脫硝效率。

噴氨優化； NOx濃度場； SCR； 氨逃逸

0 引言

目前我國環境保護部已經實施了《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223－2011）[1]，并普遍應用于燃煤電站，對NOx排放限制標準日益嚴格。隨著選擇性催化還原技術（SCR）日漸成熟，已經成為運用廣泛的燃煤電站尾部煙氣脫硝技術[2-4]。但由于現場技術人員對SCR運行認識有限，往往存在不能根據污染物分布進行有針對的噴氨，造成噴氨濃度偏大，導致氨逃逸濃度偏大的問題，降低了機組運行安全性及經濟性。以某1000MW機組為例，在SCR投入運行一段時間后出現噴氨量偏大、脫硝效率下降、空預器阻力增大等問題。進行噴氨優化調整，提高SCR設備性能，找出入口流場分布規律、提高出口NOx分布均勻性，降低氨逃逸濃度，對提升機組運行的經濟性和可靠性非常有必要。

1 設備概況

某電廠為1000MW燃煤機組，配套DG3000/26.15-II1型鍋爐，為復合變壓運行的超超臨界本生直流鍋爐，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道結構，采用煙氣擋板調節再熱汽溫，固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、平衡通風、露天布置、前后墻對沖燃燒，燃用煤質參數見表1。

設計標態、濕基、實際O2，煙氣量為2803km3/h，入口煙氣溫度為356℃，NOx濃度為400mg/m3，脫硝效率不低于80%，氨逃逸濃度不大于2.28mg/m3（標態、干基、6%O2），SO2/SO3轉化率不高于1%。脫硝系統運行一年后，表盤氨逃逸濃度大幅超標，且空氣預熱器阻力明顯升高，已經嚴重影響了機組運行的安全性。

表1 脫硝設計煤質

圖1 1000MW工況調整前SCR入口沿寬度方向NOx分布

2 優化調整

2.1 原噴氨方案及運行現狀

該廠在噴氨調整以前沿煙道寬度方向采用均勻噴氨的方式，在1000MW時對SCR的入口及出口NOx濃度分布進行測試，對SCR出口進行氨逃逸濃度測試，測試結果如下，沿寬度方向NOx分布不均勻，SCR入口A側最小值及最大值分別為227mg/m3、317mg/m3，B側最小值及最大值分別為188mg/m3、316mg/m3，A、B兩側NOx分布相

對標準偏差分別為7.0%、14.1%，NOx濃度呈現沿寬度方

向上兩側低中間高，沿煙道深度方向上差別較小的狀態。

SCR出口A側最小值及最大值分別為36mg/m3、164 mg/m3，B側最小值及最大值分別為22mg/m3、174mg/m3，A、B兩側NOx分布相對標準偏差分別為42.0%、44.5%。出口氨逃逸濃度A、B兩側平均值分別為:2.41mg/m3、2.46mg/m3，均大于2.28mg/m3。

圖2 1000MW工況調整前SCR出口沿寬度方向NOx分布

圖4 8000MW工況調整前SCR入口沿寬度方向NOx分布

圖5 8000MW工況調整前SCR出口沿寬度方向NOx分布

圖6 800MW工況調整前SCR出口NH3分布

在800MW時對SCR的入口及出口NOx濃度分布進行測試，對SCR出口進行氨逃逸濃度測試，測試結果如下，沿寬度方向NOx分布不均勻，SCR入口A側最小值及最大值分別為332mg/m3、484mg/m3，B側最小值及最大值分別為299mg/m3、413mg/m3，A、B兩側NOx分布相對標準偏差分別為7.0%、11.4%，NOx濃度呈現沿寬度方向上兩側低中間高，沿煙道深度方向上差別較小的狀態。

SCR出口A側最小值及最大值分別為57mg/m3、134mg/m3，B側最小值及最大值分別為38mg/m3、123mg/m3，A、B兩側NOx分布相對標準偏差分別為22.1%、27.5%。出口氨逃逸濃度A側最小值及最大值分別為2.36mg/m3、2.70mg/m3，B側最小值及最大值分別為2.37mg/m3、2.87mg/m3，均大于2.28mg/m3。

脫硝系統入口NOx分布是否均勻，直接關系到煙道內各處噴氨量的大小，進入第一層催化劑前NOx與氨混合均勻且速度分布均勻時才能保證脫硝效率和氨逃逸率的穩定[5-6]，而氨逃逸濃度超標則會加劇空氣預熱器的堵塞。

2.2 優化調整方案及分析

根據進出口NOx濃度分布關系及出口氨逃逸濃度，按照網格法劃分煙道，對各支管噴氨流量進行優化調整，認為同層催化劑活性相同，出口NOx濃度低的區域對應較大噴氨流量。

調整后出口1000MW工況下NOx濃度分布如圖7、圖8所示。

A側NOx濃度最大值為58mg/m3，最小值為27mg/m3，相對標準偏差為5.57%；B側NOx濃度最大值為59mg/m3，最小值為28mg/m3，相對標準偏差為5.98%。脫硝效率A側83.3%，B側84.1%。經過調整NOx分布均勻性比調整前有很大改善。此時A側噴氨量為130kg/h，B側噴氨量為128kg/h。

調整后出口800MW工況下NOx濃度分布如圖9、圖10所示。

圖7 1000MW工況調整后SCR出口A側寬度方向NOx分布

圖8 1000MW工況調整后SCR出口B側寬度方向NOx分布

圖9 800MW工況調整后SCR出口A側寬度方向NOx分布

圖10 800MW工況調整后SCR出口B側寬度方向NOx分布

在800MW工況時，A、B兩側相對標準偏差分別為9.90%和8.10%，而SCR進、出口部分測點CO濃度超過1500ppm，這說明爐膛內燃燒不完全，煙氣在流經脫硝裝置時流場分布不均勻，使得脫硝內部噴氨量相對不均勻，最終造成出口NOx濃度分布不均，相對標準偏差有所增大。

圖11 1000MW工況調整后SCR出口NH3分布

圖12 800MW工況調整后SCR出口NH3分布

在進行噴氨優化調整后，分別對1000MW工況和800MW工況下A、B兩側SCR出口的氨逃逸濃度進行測量，測試結果如圖11、圖12所示。

從圖中可見調整后氨逃逸濃度平均值在1000MW和800MW分 別 為 2.03mg/m3、2.30mg/m3，氨逃逸濃度得到了有效控制，但對比NOx分布發現部分NOx濃度較高部位氨逃逸濃度也較高，說明這些區域催化劑活性降低，甚至出現了失活現象。

3 結論

（1）經過噴氨優化后，1000MW工況時，A、B側噴氨量可以分別控制在130 kg/h、128kg/h左右，此時SCR出口NOx濃度分布比較均勻，相對標準偏差分別為A側5.57%，B側5.98%，同時氨逃逸也得到了有效控制。

（2）當負荷變化時，SCR進口流場分布及NOx濃度場分布發生變化，應根據新的NOx濃度分布來進行噴氨量調整優化。

（3）在催化劑活性降低或失活時，要相應增大噴氨量，在出口NOx濃度不超標的前提下，保證脫硝效率及氨逃逸濃度。

4 結語

SCR脫硝裝置入口處流場分布的均勻性以及氮氧化物分布的均勻性是影響脫硝效率和脫硝反應的重要因素，隨著運行時間的延長，需要定期對脫硝系統進行噴氨優化調整，優化不同噴氨格柵的噴氨量，以保證機組運行的安全性和經濟性。

[1]GB 13223-2011，火電廠大氣污染物排放標準[S].

[2]顧衛榮，周明吉，馬薇，等.選擇性催化還原脫硝催化劑的研究進展[J].化學進展，2012,31（7）:1493-1500.

[3]秦勝，張劍，田雅麗.火電廠氮氧化物控制技術探討[J].能源環境保護，2012，26（4）:44_47.

[4]顧衛榮，周明吉，馬薇，等.選擇性催化還原脫硝催化劑的研究進展[J].化學進展，2012，31（9）：2084-2092.

[5]王飛.600MW機組煙氣脫硝工程方案選擇及設計優化[M].北京:華北電力大學，2011.

[6]尚雪松，陳進先，趙金平，等.SCR脫硝催化劑失活及其原因研究[J].燃料化學學報，2011，39（6）：465-470.

Optimal Experiment of Selective Cataly Reduction in 1000MW Power Station

MA Yan-bin， TANG Guo-an， CHEN Guang-wei， FENG Qian-wei
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Discusses the optimization experiments for supercritical boilers，according to the distribution of NOX,we adjust ammonia system，reduce the amount of injecting ammonia，the distribution uniformity of NOX at SCR outlet is improved，ammonia escape concentration is reduced，the impact of ammonium hydrogen sulfate to the air preheater is reduced and denitrification efficiency is improved.

mmonia spraying optimization； NOx distribution； SCR； ammonia escape

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.003

X773，TM621

B

2095-3429（2017）04-0013-05

唐郭安（1984-），男，陜西人，碩士，中級工程師，研究方向：大型電站鍋爐潔凈燃燒。

2017-05-12

修回日期：2017-06-30