某300MW機(jī)組脫硝系統(tǒng)全斷面采樣裝置及精度噴氨控制技術(shù)改造方案探討

薛方明

(華電電力科學(xué)研究院有限公司北京分院，北京 100160)

超低負(fù)荷下，煙氣流場(chǎng)分布更為不均勻，雖然SCR系統(tǒng)有導(dǎo)流板調(diào)整流場(chǎng)均勻性，但效果并不明顯[1-2]。流場(chǎng)的不均勻就意味著煙氣濃度場(chǎng)的不均勻性增大，在這種惡劣情況下若簡(jiǎn)單的采用NOX濃度檢測(cè)來(lái)控制噴氨量，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致氨逃逸不均勻性增大。此時(shí)如果沒有精確的氨逃逸測(cè)量技術(shù)做支持，會(huì)加劇硫酸氫銨的生成，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成長(zhǎng)期的影響。

通過在脫硝反應(yīng)器入口、出口加裝噴氨均勻性全斷面煙氣采樣裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行期間脫硝反應(yīng)器入口全斷面流速流場(chǎng)，脫硝反應(yīng)器出口全斷面NOX濃度場(chǎng)，可實(shí)時(shí)評(píng)估運(yùn)行中脫硝SCR反應(yīng)器每個(gè)催化劑模塊的脫硝效率、脫硝反應(yīng)器入口煙氣流速場(chǎng)偏差、脫硝反應(yīng)器斷面NOX濃度分布，利用NOX濃度分布狀況，結(jié)合流速場(chǎng)偏差，進(jìn)行脫硝噴氨調(diào)整優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)噴氨調(diào)節(jié)的分區(qū)精準(zhǔn)控制，減少氨逃逸率，減少系統(tǒng)噴氨量，減少催化劑堵塞和空預(yù)器堵塞現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排環(huán)保，有利于機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行。

1 技術(shù)改造目的、改造及試驗(yàn)方案

脫硝反應(yīng)器全斷面采樣裝置及精度噴氨控制技術(shù)改造技術(shù)目的主要有以下5點(diǎn)：(1)脫硝反應(yīng)器入口全斷面煙氣流場(chǎng)偏差監(jiān)測(cè)及分析評(píng)估；(2)脫硝反應(yīng)器出口全斷面煙氣NOX濃度分布監(jiān)測(cè)；(3)脫硝反應(yīng)器精確噴氨調(diào)整試驗(yàn)；(4)催化劑模塊動(dòng)態(tài)脫硝效率監(jiān)測(cè)；(5)合理控制噴氨量，減少空預(yù)器腐蝕堵塞，達(dá)到節(jié)能效果。

改造及試驗(yàn)方案如下：(1)脫硝反應(yīng)器第一層催化劑上部布置一套均勻性全斷面煙氣采樣裝置，根據(jù)機(jī)組反應(yīng)器空間狀況，一般采用側(cè)墻布置；(2)脫硝反應(yīng)器第三層催化劑下部布置一套均勻性全斷面煙氣采樣裝置，根據(jù)機(jī)組反應(yīng)器空間狀況，一般采用側(cè)墻布置；(3)選擇機(jī)組典型性負(fù)荷、脫硝運(yùn)行特殊工況，進(jìn)行脫硝反應(yīng)器入口斷面煙氣流場(chǎng)偏差分布監(jiān)測(cè)，出具脫硝反應(yīng)器煙氣流速流場(chǎng)偏差分析評(píng)估報(bào)告；(4)選擇機(jī)組典型性負(fù)荷、脫硝運(yùn)行特殊工況，進(jìn)行脫硝反應(yīng)器出口全斷面NOX濃度場(chǎng)，尤其是每各分區(qū)催化劑模塊的脫硝性能；(5)根據(jù)脫硝反應(yīng)器出口全斷面NOX濃度分布、結(jié)合入口煙氣流場(chǎng)及NOX監(jiān)測(cè)狀況，分區(qū)調(diào)節(jié)反應(yīng)器入口噴氨小門，進(jìn)行精確噴氨調(diào)整試驗(yàn)，精確調(diào)整整臺(tái)反應(yīng)器各個(gè)分區(qū)噴氨手動(dòng)閥；(6)不同催化劑模塊運(yùn)行狀態(tài)下動(dòng)態(tài)脫硝效率分析試驗(yàn)。

2 裝備配置及布置示意

脫硝反應(yīng)器全斷面采樣裝置及精度噴氨控制技術(shù)改造供貨范圍見表1(單臺(tái)機(jī)組配備情況)。

表1 技術(shù)改造供貨范圍

脫硝反應(yīng)器全斷面采樣裝置布置見圖1。

圖1 脫硝采樣裝置安裝位置示意圖

3 預(yù)期效果

(1)整臺(tái)反應(yīng)器入口斷面網(wǎng)格化均勻補(bǔ)點(diǎn)，反應(yīng)器入口全斷面煙氣流場(chǎng)監(jiān)測(cè)覆蓋率100%。

(2)依據(jù)脫硝反應(yīng)器催化劑模塊布置狀況，反應(yīng)器出口斷面網(wǎng)格化均勻布點(diǎn)，出全斷面煙氣NOX濃度監(jiān)測(cè)覆蓋率100%。

(3)通過精確分區(qū)噴氨調(diào)整試驗(yàn)，反應(yīng)器出口全斷面NOX濃度分區(qū)偏差率小于10%。

(4)空預(yù)器和催化劑層堵塞狀況明顯減少，SCR反應(yīng)器和空預(yù)器阻力改善明顯，空預(yù)器壓差下降，提升鍋爐效率。

(5)同等工況負(fù)荷下，脫硝噴氨量明顯減少，噴氨總量下降不小于10%。

(6)同等工況負(fù)荷下，氨逃逸率下降不小于10%。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)節(jié)約液氨使用成本。脫硝機(jī)組斷面NOX濃度不均勻度(濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差)一般大于50%，加裝脫硝噴氨全斷面采樣裝置后，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)脫硝催化劑層脫硝效率，依據(jù)煙氣斷面各區(qū)域NOX的濃度，實(shí)現(xiàn)噴氨的精細(xì)化調(diào)整，可將脫硝出口斷面NOX濃度不均勻度降低到10%以內(nèi)，提高噴氨脫硝的有效性，從而大大減少噴氨損失。按利用小時(shí)數(shù)4300 h、裝機(jī)容量300MW、液氨2600元/t和提高噴氨效率10%計(jì)算，單臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)約液氨約150 t，折合人民幣約20萬(wàn)元。

(2)減少催化劑和空預(yù)器堵塞，降低供電煤耗。由于噴氨的精細(xì)化調(diào)整，提高了噴氨脫硝的效率，在保持脫硝效率一定的條件下，降低了整體噴氨用量，避免了無(wú)效噴氨，降低了氨逃逸濃度，有效減少了催化劑層堵塞和空預(yù)器堵塞現(xiàn)象，大大降低機(jī)組運(yùn)行阻力。按利用小時(shí)數(shù)4300 h、裝機(jī)容量300 MW、標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)700 元/t、降低供電煤耗0.15 g/kWh、年發(fā)電量31億千瓦時(shí)計(jì)算，年節(jié)標(biāo)煤約465 t，折合人民幣約18萬(wàn)。

(3)延長(zhǎng)催化劑使用壽命，精準(zhǔn)更換催化劑，避免催化劑模塊的無(wú)效更換。在運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)催化劑模塊精準(zhǔn)體檢，從而快速掌握整個(gè)催化劑層的運(yùn)行狀況，結(jié)合等級(jí)檢修情況精準(zhǔn)更換失效催化劑模塊，減少催化劑損失。保守估計(jì)按每年節(jié)約催化劑模塊15 m3算，催化劑模塊1.7萬(wàn)元/m3算，折合人民幣約26萬(wàn)元。

(4)減少空預(yù)器清洗工作頻次，減少安全風(fēng)險(xiǎn)。脫硝機(jī)組噴氨不均導(dǎo)致的氨逃逸，是空預(yù)器冷端飛灰堵塞的主要原因，全斷面采樣裝置的應(yīng)用，可有效減少空預(yù)器清洗沖洗工作頻次，減少空預(yù)器高壓人工清洗帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。以單臺(tái)機(jī)組年減少空預(yù)器清洗1次，清洗費(fèi)用10萬(wàn)/臺(tái)次計(jì)，年節(jié)約費(fèi)用10萬(wàn)元。

(5)改善空預(yù)器漏風(fēng)。氨逃逸率的大大減少，降低了空預(yù)器堵塞風(fēng)險(xiǎn)，脫硝系統(tǒng)煙氣阻力減小，導(dǎo)致空預(yù)器預(yù)熱端壓差下降，進(jìn)而減小空預(yù)器漏風(fēng)率，提高鍋爐熱一次風(fēng)和熱二次風(fēng)風(fēng)溫，提升鍋爐熱效率。

綜上所述，加裝脫硝噴氨全斷面采樣裝置后，可實(shí)時(shí)評(píng)估催化劑層斷面噴氨均勻性分布，在線監(jiān)測(cè)催化劑模塊的脫硝效率，實(shí)現(xiàn)噴氨的精準(zhǔn)控制，從而節(jié)約液氨成本、減少催化劑和空預(yù)器堵塞、延長(zhǎng)催化劑模塊使用壽命，每年可累計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益約80萬(wàn)元。除此之外，還能減少空預(yù)器及整個(gè)煙道系統(tǒng)的腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，同時(shí)減少催化劑模塊檢修項(xiàng)目的檢修工期。