燃煤電廠脫硝設施性能診斷及策略研究

張濤

摘 要：我國燃煤機組負荷變化頻繁，許多火電機組參與電網調峰，尤其調峰頻繁，甚至深度調峰的機組負荷變化范圍更大，調峰頻率次更多，導致脫硝設施投運率低。此外，溫度場、速度場、濃度場等流場不均導致區域溫度、流速、濃度多維度場不均勻，導致脫硝設施性能差也是普遍存在的問題。

關鍵詞：燃煤電廠;脫硝;性能診斷;策略

1 引言

面對超低排放全面推進、排污許可制度實施等嚴峻形勢，燃煤電廠應將脫硝設施納入主設備管理體系，注重與制粉系統、鍋爐系統協同優化，為脫硝設施安全穩定經濟運行創造良好入口邊界條件;加強催化劑全壽命管理，建立催化劑大數據庫;定期開展冷熱態流場均布試驗和催化劑周期檢測;運行好脫硝設施，為確保燃煤煙氣穩定經濟超低排放，實現煤炭清潔高效利用提供強有力支持。

2 燃煤電廠脫硝設施性能診斷及策略

2.1針對W火焰爐或對沖爐，脫硝設施入口NOx濃度高，凈煙氣NOx超低排放策略

采用SNCR+SCR組合技術，在鍋爐出口合適位置，將尿素溶液噴入煙氣，在合適的溫度窗口條件下，尿素溶液在高溫下分解產生氨氣，一方面，將鍋爐煙氣中NOx部分非催化還原;另一方面，未參與反應的氨氣與煙氣混合后，進入脫硝設施，在催化劑作用下，與NOx進行還原反應。加強燃煤煤質管控和燃燒優化調整，注重制粉系統、燃燒系統和脫硝系統協同優化調整，使得鍋爐出口NOx濃度滿足設計要求，減輕燃煤電廠脫硝系統壓力。采用組合技術需重點關注兩個問題：一是SNCR脫硝效率低;二是產生的氨與煙氣混合不均勻，進入SCR脫硝系統反應時易造成氨逃逸嚴重。

2.2 針對脫硝設施噴氨優化調整策略

脫硝設施冷態調整策略在脫硝流場均布優化調整過程中，冷態調整是優化調節的基礎。一是通過CFD模擬，全面摸清現有脫硝設施流場分布情況，合理設置和優化導流板位置和數量，提高煙氣流場分布均勻性。二是加強脫硝催化劑全壽命管理。對新更換和現役催化劑狀態進行跟蹤和監督;定期開展脫硝催化劑周期檢測，重點關注堿金屬、砷元素等微量元素中毒情況，避免其帶病運行、低效運行。

脫硝熱態調整策略為有效解決噴氨不均引起氨逃逸、SCR反應器出口與煙囪入口NOx存在濃度偏差等問題，要對脫硝噴氨進行熱態優化調整。采用網格狀多點在線監測及取樣系統，可實現對煙氣脫硝反應器斷面溫度場、流速速度場、NOx濃度場的有效實時監控，利于實時調整機組及脫硝系統運行，與煙囪入口NOx濃度場進行對比，并針對性對噴氨支管進行優化調整，通過性能測試評價熱態調整策略可靠性和穩定性。

目前，多數脫硝反應器前后NOx濃度均為單點測量，不具有代表性。在準確測量煙氣流量的基礎上，通過噴氨優化改造，大幅降低氨逃逸，確保脫硝設施安全、穩定、達標、經濟運行。

（1）煙氣流量測量準確度高。采用流量矩陣式測量法在線測量，將煙道截面分成等面積區域，通過測量差壓大小，轉化為該區域流量，相比于該區域管內氣流動壓值，煙氣流量測量裝置產生的壓差放大倍數較大，測量準確度高。

（2）根據矩陣式測量法所測流量，對噴氨系統進行優化改造，針對性控制對應矩陣區域內的噴氨流量，使得氨氮混合均勻，反應充分，大大降低了氨逃逸，降低后續設備堵塞、腐蝕幾率，確保了機組穩定、可靠、達標運行。

（3）壓差變送器的壓差信號轉換成4～20mA信號接入自動控制系統后反饋至噴氨系統，通過噴氨管道主調和輔調相結合，既提高了噴氨均勻性，又減少氨的無效噴入，節省運行費用。

2.3催化劑孔道堵灰問題

因煤質和燃燒方面的原因，部分電廠煙氣中粉塵含量高，大顆粒灰特別是“爆米花灰”，多形成于鍋爐受熱面表面，較難通過煙道的擴展降低收留等手段使其沉降。一旦被煙氣攜帶到催化劑表面可導致催化劑堵塞，減弱脫硝設施脫硝能力。在脫硝系統入口煙道合適位置，安裝大顆粒灰攔截網，去除煙氣中攜帶的大顆粒飛灰，同時采用壓縮空氣吹灰，很大程度上避免了催化劑孔道堵塞，提高了脫硝設施的脫硝性能。

3 總結

為滿足燃煤煙氣超低排放要求，燃煤電廠脫硝設施均進行了擴容改造或者更換催化劑。隨著燃煤電廠排污許可制度的實施，對脫硝設施穩定、達標運行提出更高的要求。超低排放改造后，一些電廠NOx排放未達到預期目標。為解決此類問題，以某330MW超低排放機組為例，對運行了15500h的煙氣脫硝裝置進行現場勘查、運行資料收集，并對運行催化劑進行取樣檢測，逐一排查NOx超標排放的原因。研究結果表明：SCR脫硝系統設計裕量低，催化劑主活性成分V2O5含量偏低，催化劑微孔數與活性點位數減少導致脫硝效率下降，加之反應器入口NOx濃度偏高、負荷變化頻繁、噴氨響應不及時，造成SCR脫硝裝置出口NOx濃度超過50mg/m3。建議加強鍋爐優化運行，盡量避免入口NOx濃度大幅度波動，提高噴氨響應速度，并應新增1層催化劑，將現有2層催化劑進行再生，以確保NOx排放濃度穩定達標。

參考文獻

[1]江鵬威，郭躍飛，倪曄.燃煤電廠脫硝噴氨調節閥堵塞原因分析及對策[J].中國電力，2017，50（7）：138-142.

[2]朱宇翔.低負荷SCR脫硝系統的運行控制策略[J].電力科技與環保，2016，32（3）：46-48.

[3]彭代軍，申鎮，宋云鵬，等.一種尿素水解的方法及裝置[P].中國：ZL201310344322.3，2013-8-8.

[4]孟磊.火電廠煙氣SCR脫硝尿素催化水解制氨技術研究[J].中國電力，2016，49（1）：157-160.

[5]段傳和，李春雨，谷小兵.燃煤電站SCR系統尿素熱解和催化水解的能耗[J].電力科技與環保，2016，32（1）：17-18.