350 MW燃煤機(jī)組脫硝裝置噴氨優(yōu)化調(diào)整及其缺陷分析

劉高軍，郭 玥，姜 龍，杜 磊，李 慶

（華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京 100045）

0 引言

能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，煤炭既是我國的主體能源，又是我國大氣中各種污染物的主要來源[1-3]。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2016年，我國煤電裝機(jī)容量占發(fā)電裝機(jī)容量的57%[4]。一方面，燃煤發(fā)電的成本相對較低；另一方面，燃煤發(fā)電利于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)調(diào)峰調(diào)頻。所以，未來很長一段時(shí)間，燃煤發(fā)電在我國都將占有重要地位[5]。

燃煤發(fā)電保障了經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需電量，但易引起環(huán)境污染，解決煤炭開發(fā)與利用帶來的環(huán)境問題已迫在眉睫[6-8]。2014年9月國家發(fā)展改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合制定了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020）》，要求重點(diǎn)地區(qū)及新建燃煤發(fā)電機(jī)組的煙塵、SO2、NOx質(zhì)量濃度排放限值分別為10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3。本 文 以 某350 MW燃煤機(jī)組脫硝裝置噴氨優(yōu)化調(diào)整為例，分析影響噴氨量和氨逃逸的因素，并提出建議。

1 鍋爐及脫硝系統(tǒng)概況

某350 MW超臨界燃煤供熱機(jī)組鍋爐選用螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、緊身封閉的∏形鍋爐，設(shè)計(jì)煤種選用蒙泰公司的準(zhǔn)格爾煤和伊泰公司的混合煤，比例為1∶1。同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝裝置。脫硝裝置選用選擇性催化還原法，催化劑選用蜂窩形，“2+1”層布置方式，活性溫度范圍320～420℃，額定工況折算NH3消耗量0.154 t/h，電耗率為83.2 kWh/h。

2 噴氨優(yōu)化調(diào)整

脫硝裝置運(yùn)行過程中，存在出口NOx分布不均和氨逃逸過大問題。過量NH3和SO3反應(yīng)生成黏性較高的NH4HSO4。空預(yù)器高溫段和低溫段煙氣中的灰塵容易和NH4HSO4黏附于空預(yù)器換熱面上，使空預(yù)器換熱元件沾污，影響換熱效果，同時(shí)使排煙溫度升高，鍋爐效率降低。因此，應(yīng)嚴(yán)格控制NH3的逃逸率，進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整。噴氨優(yōu)化調(diào)整前后，應(yīng)確保機(jī)組負(fù)荷相同或相近，磨煤機(jī)運(yùn)行配置相同，盡可能確保只對噴氨量進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整噴氨分配支管上對應(yīng)的手動(dòng)閥門開度，從而使管中NH3流量重新分配。

2.1 噴氨優(yōu)化調(diào)整前

本次脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整前，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，在A側(cè)脫硝裝置入口折算NOx質(zhì)量濃度平均為287 mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，6%O2）；B側(cè)脫硝裝置入口折算NOx質(zhì)量濃度平均為272 mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，6%O2）。噴氨優(yōu)化調(diào)整前，采用煙氣分析儀對脫硝裝置出口NOx進(jìn)行網(wǎng)格法測試，測孔由A至B方向編號。

2.1.1 脫硝裝置出口A側(cè)NO x數(shù)據(jù)

調(diào)整前脫硝裝置出口A側(cè)NOx數(shù)據(jù)見表1。

表1 調(diào)整前脫硝裝置出口A側(cè)NO x體積分?jǐn)?shù) 10-6

2.1.2 脫硝裝置出口B側(cè)NO x數(shù)據(jù)

調(diào)整前脫硝裝置出口B側(cè)NOx數(shù)據(jù)見表2。

表2 調(diào)整前脫硝裝置出口B側(cè)NO x體積分?jǐn)?shù) 10-6

2.2 噴氨優(yōu)化調(diào)整后

本次脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整后，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，A側(cè)脫硝裝置入口折算NOx質(zhì)量濃度平均為284 mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，6%O2）。B側(cè)脫硝裝置入口折算NOx質(zhì)量濃度平均為280.5 mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，6%O2）。

2.2.1 脫硝裝置出口A側(cè)NO x體積分?jǐn)?shù)

調(diào)整后脫硝裝置出口A側(cè)NOx數(shù)據(jù)見表3。

表3 調(diào)整后脫硝裝置出口A側(cè)NO x體積分?jǐn)?shù) 10-6

2.2.2 脫硝裝置出口B側(cè)NO x體積分?jǐn)?shù)

調(diào)整后脫硝裝置出口B側(cè)NOx體積分?jǐn)?shù)見表4。

表4 調(diào)整后脫硝裝置出口B側(cè)NO x體積分?jǐn)?shù) 10-6

2.3 噴氨優(yōu)化調(diào)整效果

噴氨優(yōu)化調(diào)整后，脫硝裝置性能有一定提升，如表5所示。調(diào)整前后A側(cè)和B側(cè)脫硝裝置出口NOx質(zhì)量濃度分別降低33.8 mg/m-3和5.6 mg/m-3，噴氨量分別降低13.1 m3/h和17.1 m3/h，氨逃逸分別降低0.78×10-6和1.09×10-6。

3 缺陷分析及措施

調(diào)整前后同一測點(diǎn)平面不均勻度未有明顯改善，相對高值和相對低值的位置不變，分析出現(xiàn)這種情況與脫硝裝置的系統(tǒng)缺陷有關(guān)。

表5 噴氨優(yōu)化調(diào)整效果

3.1 噴氨系統(tǒng)缺陷

3.1.1 NH3分配管閥門設(shè)計(jì)未采用調(diào)節(jié)閥

噴氨優(yōu)化調(diào)整的基本思路是：脫硝出口NOx濃度偏高的地方，相應(yīng)的入口噴氨量增大；反之亦然。這就要求實(shí)際調(diào)整過程中對入口NH3各分配管的流量進(jìn)行重新分配，但部分電廠噴氨分配管閥門設(shè)計(jì)為關(guān)斷閥。關(guān)斷閥僅有關(guān)斷功能，不能線性調(diào)節(jié)NH3流量。建議電廠的分配管閥門采用調(diào)節(jié)閥，以達(dá)到噴氨流量在區(qū)間范圍內(nèi)可調(diào)。

3.1.2 煙道內(nèi)噴氨分配管腐蝕外漏

調(diào)整過程中發(fā)現(xiàn)部分閥門接通、斷開對噴氨優(yōu)化調(diào)整效果沒有任何影響，可能在相鄰分配管之間存在干涉影響的問題。電廠檢修期間，檢修人員發(fā)現(xiàn)脫硝裝置入口煙道內(nèi)部噴氨分配管外漏，NH3不能完全到達(dá)設(shè)計(jì)位置。脫硝裝置入口煙氣中灰分含量比較大，煙道內(nèi)流速分布不均，局部煙氣流速過大，沖刷分配管外壁，致使其外漏。建議機(jī)組大小修期間檢查煙道內(nèi)部噴氨分配管腐蝕情況，若出現(xiàn)外漏，及時(shí)更換管路。

3.2 導(dǎo)流板安裝位置不合理

導(dǎo)流板的作用是調(diào)整煙道內(nèi)煙氣流量分配，盡可能保證單位體積催化劑對應(yīng)的煙氣量相同。如果導(dǎo)流板安裝位置不合理，使得單位體積催化劑對應(yīng)的煙氣量過大，煙氣在催化劑空隙中流動(dòng)速度過高、停留時(shí)間過短，沒有充分反應(yīng)時(shí)間，造成脫硝裝置出口NOx分配不均，難以達(dá)到調(diào)整效果。建議對脫硝裝置進(jìn)行物理模型試驗(yàn)或者數(shù)值模型模擬，科學(xué)確定導(dǎo)流板安裝位置，優(yōu)化煙氣流場分布。

3.3 催化劑

3.3.1 催化劑組塊間密封不嚴(yán)

催化劑安裝時(shí)布滿脫硝反應(yīng)區(qū)，相鄰催化劑存在間距密封問題，如果沒有密封或者密封效果不良，則造成煙氣流經(jīng)這些位置的脫硝效果不佳。建議在電廠大小修期間進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域，檢查催化劑組塊間密封情況，及時(shí)封堵組塊間隙，確保煙氣全部流經(jīng)催化劑模塊。

3.3.2 催化劑局部失效

催化劑局部失效的情況主要分為2類。一類是催化劑灰堵。脫硝煙氣含塵量大，局部位置煙氣流速小，煙塵在此處堆積，煙氣不能和催化劑接觸，脫硝效果差。另一類是催化劑破損。煙道內(nèi)局部煙氣流速過快，強(qiáng)烈沖刷催化劑表面，長期運(yùn)行后催化劑坍塌破損，不能達(dá)到設(shè)計(jì)性能。建議電廠定期進(jìn)行催化劑活性測試，若出現(xiàn)局部失效狀況，及時(shí)更換。

3.4 脫硝裝置出口儀表

3.4.1 脫硝裝置出口NO x測點(diǎn)沒有代表性

目前多數(shù)電廠脫硝裝置出口NOx均為單點(diǎn)測量，與煙道截面平均值有偏差。試驗(yàn)期間，通過網(wǎng)格法測量發(fā)現(xiàn)脫硝裝置B側(cè)NOx分布不均勻，測點(diǎn)位于NOx濃度較高的區(qū)域，過噴現(xiàn)象嚴(yán)重。此類問題解決方式主要為：定期采用多點(diǎn)采樣裝置測試煙道截面煙氣中NOx均值，調(diào)整儀表測試點(diǎn)位置。

3.4.2 噴氨邏輯控制系統(tǒng)未設(shè)置延時(shí)

噴氨優(yōu)化調(diào)整前，脫硝裝置B側(cè)出口NOx在線測試裝置在工況穩(wěn)定時(shí)NOx數(shù)值異常波動(dòng)，導(dǎo)致脫硝裝置B側(cè)噴氨量大幅度波動(dòng)調(diào)節(jié)，影響脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。通過調(diào)取脫硝噴氨裝置邏輯控制發(fā)現(xiàn)，由于邏輯控制系統(tǒng)中沒有延時(shí)設(shè)置，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)投入自動(dòng)控制時(shí)，脫硝裝置出口NOx數(shù)值的波動(dòng)會(huì)立即反映到噴氨流量控制系統(tǒng)，引起噴氨流量調(diào)節(jié)閥頻繁調(diào)整。相反脫硝反應(yīng)器的反應(yīng)時(shí)間有一定延遲，噴氨量的增大或減小并不能立即反映到出口測點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行中即使工況穩(wěn)定時(shí)，脫硝裝置出口的NOx濃度仍會(huì)有一定波動(dòng)，導(dǎo)致噴氨量的反復(fù)調(diào)整，造成持續(xù)過噴和欠噴，進(jìn)而導(dǎo)致空預(yù)器堵塞。建議對脫硝裝置噴氨控制的程控邏輯進(jìn)行優(yōu)化，增加一定的延時(shí)，減少不必要的過噴及欠噴過程[9]。

4 結(jié)束語

本文針對某350 MW燃煤機(jī)組脫硝裝置噴氨優(yōu)化調(diào)整過程，分析影響噴氨優(yōu)化調(diào)整效果的常見因素。對實(shí)際調(diào)整過程中遇到的煙道內(nèi)噴氨分配管腐蝕磨損致外漏、催化劑組塊間密封不嚴(yán)、導(dǎo)流板安裝位置不科學(xué)等問題及時(shí)進(jìn)行解決，并提出相應(yīng)的建議，可為其他機(jī)組類似問題處理提供借鑒。