650MW 機組脫硝分區(qū)噴氨技術(shù)應(yīng)用

張方耀

（國能黃金埠發(fā)電有限公司，江西余干 335101）

1 SCR 脫硝技術(shù)應(yīng)用概況

隨著國家加強對大氣環(huán)境治理力度的加強，全國各地都在開展鍋爐發(fā)電機組相關(guān)技術(shù)改造。改造后初期效果顯著，然而隨著改造技術(shù)的應(yīng)用，后期也會面臨諸多問題。以某發(fā)電公司2臺650MW 超臨界機組中1#機組為例。對此臺機組完成了超低排放改造，目前主要污染物排放指標(biāo)為氮氧化物不大于50mg/Nm3、二氧化硫不大于35mg/Nm3、煙塵小于10mg/Nm3，各污染物排放均滿足當(dāng)前國家超低排放限值的要求。不過經(jīng)過一段時間運行后，脫硝系統(tǒng)的一些問題逐漸凸顯，如：（1）SCR 氨逃逸明顯偏大且監(jiān)測不準(zhǔn)確，導(dǎo)致下游設(shè)備空預(yù)器壓差增大，空預(yù)器堵塞較嚴(yán)重，影響機組安全穩(wěn)定運行；（2）SCR 出口監(jiān)測點與機組煙氣總排放口監(jiān)測點間的監(jiān)測數(shù)據(jù)存在較大差異，尤其是氮氧化物濃度值差異較大，兩個測點間的數(shù)據(jù)一致性差，現(xiàn)有SCR出口測點的氮氧化物濃度不能真實反映脫硝的實際情況；（3）SCR 反應(yīng)器噴氨支管閥門開度很少進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)沒有監(jiān)測依據(jù)，反應(yīng)器內(nèi)部催化劑層各個分區(qū)的脫硝效率、堵塞狀況不清楚，局部氨逃逸嚴(yán)重，造成空預(yù)器堵塞。

2 1#650MW 機組排放點監(jiān)測

某發(fā)電公司兩臺發(fā)電機組采用選擇性催化還原（SCR）工藝。SCR 反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間，催化劑選用蜂窩式，采用2+1 層布置。在正常負(fù)荷范圍內(nèi)煙氣脫硝效率均不低于80%。液氨由液氨蒸發(fā)系統(tǒng)通過管道與各個機組SCR 連接。系統(tǒng)由脫硝劑供應(yīng)、脫硝反應(yīng)兩個區(qū)構(gòu)成。為了深入了解脫硝工藝存在問題，在脫硝煙道進、出口兩側(cè)各增加一套NOx/O2濃度全截面取樣裝置，更換取樣管線及取樣探頭，利舊原CEMS 煙氣分析儀，取代原系統(tǒng)單點取樣裝置。增設(shè)同步取樣巡測裝置，新增NOx/O2雙通道快速測量儀表，氨逃逸表移位利舊。為噴氨總閥控制優(yōu)化提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖1 SCR 出口NOx/O2/NH3 濃度測量層示意圖

3 外掛控制系統(tǒng)

控制模塊作為脫硝噴氨優(yōu)化控制系統(tǒng)的大腦，保證SCR 出口NOx/O2/NH3濃度巡測模塊和分區(qū)噴氨管路模塊協(xié)調(diào)工作。控制模塊以分散控制系統(tǒng)為硬件平臺搭建，作為原DCS 的外掛系統(tǒng)，與原DCS 實時通訊，從而構(gòu)建完整的脫硝噴氨優(yōu)化控制系統(tǒng)。

4 噴氨格柵分區(qū)改造

改造噴氨格柵是為了將脫硝劑分區(qū)，調(diào)節(jié)各區(qū)域配比。分別對原1 組或2 組噴氨支管改為5 分區(qū)，并在分區(qū)管上安裝有分區(qū)自動調(diào)節(jié)閥，根據(jù)新增外掛控制系統(tǒng)的指令控制各分區(qū)的噴氨量配比。改造后脫硝A、B 側(cè)出口的NOx 不均勻系數(shù)均在20%以內(nèi)；平均氨逃逸率1.77ppm；改造后脫硝裝置阻力增加50Pa 以內(nèi)；經(jīng)過第三方測試評估，氨耗量比改造前減少了約10～15%。極大的提高了脫硝系統(tǒng)的自動化水平，總排口NOx 排放超過95%的時間與設(shè)定值偏差＜10mg/Nm3，超過80%的時間與設(shè)定值偏差＜5mg/Nm3，運行人員將NOx 總排口目標(biāo)值設(shè)定到42mg/Nm3的高位也可以放心的將脫硝噴氨投自動，不需要隨時監(jiān)視NOx 排放指標(biāo)，降低了運行人員的工作強度。基本實現(xiàn)精準(zhǔn)噴氨。

機組正常運行工況下，分區(qū)噴氨控制投運可以在絕大部分時間里將SCR 出口NOx 分布不均勻系數(shù)控制在0.2 以內(nèi)，平均值為0.16，僅在機組負(fù)荷大幅度變化，SCR 入口NOx 快速波動的情況下會超過0.2，并在幾個周期的調(diào)整后恢復(fù)到0.2 以下。

圖2 的SCR 出口NOx 分布不均勻系數(shù)在0.16 的典型工況為例，同一截面的NOx 分布最大值為51.56 mg/m3，最小值為31.14 mg/m3，平均值為40.73mg/m3，不存在明顯過噴氨和欠噴氨的區(qū)域，可有效抑制過噴導(dǎo)致的氨逃逸過大和欠噴導(dǎo)致的平均濃度過大。

5 脫硝出口性能測試孔煙氣實際測量結(jié)果

脫硝出口煙道設(shè)置有9 個性能測試孔，依次編上號碼(從外側(cè)向內(nèi)依次編號為第1、2、3、4、5、6、7、8、9 孔)，每個測孔布置一根取樣管，逐個測點采樣。

圖2 不均勻系數(shù)為0.16 時典型NOx 分布圖

#1 機組330MW、490MW、630MW 不同負(fù)荷下NOx 和O2各點濃度測量結(jié)果見表1～3，氨逃逸濃度測量結(jié)果見表4。

表1 #1 脫硝裝置330MW 負(fù)荷脫硝出口煙氣組分濃度表

6 結(jié)論

6.1 經(jīng)濟效益

由于脫硝入口NOx 分布不均勻，傳統(tǒng)的噴氨方式只能根據(jù)脫硝進出口的NOx 濃度差異確定噴氨總量，無法做到根據(jù)脫硝系統(tǒng)內(nèi)NOx 不均勻的情況有針對性噴氨，保證NOx 濃度高的區(qū)域多噴氨，NOx 濃度低的區(qū)域少噴氨。因此，整個噴氨格柵噴氨量相同的控制方式就會導(dǎo)致入口NOx 濃度高的區(qū)域，出口NOx濃度也高，氨逃逸率低；入口NOx 濃度低的區(qū)域，出口NOx 濃度也低，氨逃逸率極高（由于脫硝效率有極限，所以NOx 不可能降低到零，導(dǎo)致大量噴入的氨不會被反應(yīng)，氨逃逸率極高）。脫硝的氨逃逸會與煙氣中的SO3和水生成硫酸氫銨，硫酸氫銨在146℃～207℃之間是粘稠的液態(tài)，該溫度剛好處于空預(yù)器低溫段的工作溫度區(qū)間，因此，過量的氨逃逸會在空預(yù)器低溫段內(nèi)生成黏性硫酸氫銨，沉積在蓄熱元件表面，并與煙氣中的灰結(jié)合，形成積灰板結(jié)，堵塞空預(yù)器蓄熱元件的流道，導(dǎo)致空預(yù)器阻力增大。空預(yù)器阻力增大首先會導(dǎo)致三大風(fēng)機所需壓頭增加，即三大風(fēng)機的電耗會增加。據(jù)測算，2 臺600MW 機組，空預(yù)器阻力每增加100Pa，三大風(fēng)機電耗增加115.9kW，根據(jù)改造前空預(yù)器阻力最大增加接近2kPa，若按噴氨優(yōu)化可使空預(yù)器阻力平均減小400Pa 估算，該項的經(jīng)濟效益約為96.4 萬元/年。

表2 #1 脫硝裝置490MW 負(fù)荷脫硝出口煙氣組分濃度表

表3 #1 脫硝裝置630MW 負(fù)荷脫硝出口煙氣組分濃度表

6.2 安全效益

由于傳統(tǒng)噴氨手段常常會引起過量噴氨，導(dǎo)致生成大量的黏性硫酸氫銨，與煙氣中的灰一起沉積在蓄熱元件表面，導(dǎo)致空預(yù)器阻力增大。空預(yù)器阻力持續(xù)增大會導(dǎo)致各種安全風(fēng)險。送風(fēng)機出口額定全壓通常不高，空預(yù)器阻力上升會導(dǎo)致送、引風(fēng)機壓頭不夠，引起送、引風(fēng)機出力不足。一般送、引風(fēng)機均為軸流式風(fēng)機，空預(yù)器阻力嚴(yán)重增大甚至?xí)?dǎo)致風(fēng)機出現(xiàn)失速、喘振等問題，引起風(fēng)機葉片損傷。對于送風(fēng)機，空預(yù)器阻力增加會使二次風(fēng)量減小，導(dǎo)致鍋爐爐膛氧量降低，易引發(fā)鍋爐結(jié)焦、效率下降等問題，影響鍋爐的安全性，甚至導(dǎo)致爆管停機。同時，在回轉(zhuǎn)式空預(yù)器中，往往堵塞并不是發(fā)生在所有的蓄熱元件上，導(dǎo)致空預(yù)器的阻力會出現(xiàn)波動，引起一次風(fēng)機、送風(fēng)機和引風(fēng)機的壓力擺動，以及鍋爐爐膛負(fù)壓的波動。鍋爐正常運行時應(yīng)保持微負(fù)壓，一旦爐膛負(fù)壓波動過大，將會嚴(yán)重影響機組的運行安全性。噴氨優(yōu)化改造可以很大程度上避免因空預(yù)器導(dǎo)致的以上問題的發(fā)生，提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性和設(shè)備運行安全性。噴氨優(yōu)化還減少了過量噴氨的發(fā)生，防止因過量噴氨導(dǎo)致催化劑微孔堵塞引起的失活，避免機組因脫硝不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致降負(fù)荷或停機。

表4 #1 機組脫硝裝置逃逸質(zhì)量濃度試驗結(jié)果

6.3 環(huán)保效益

在環(huán)保效益方面，過量噴氨往往會導(dǎo)致排放的煙氣中銨鹽的濃度增加，而銨鹽正是大氣中PM2.5 的主要組成成分之一。隨著大氣污染物中PM2.5 越來越受重視，控制氨逃逸也逐漸變成一個重要的課題。在氮氧化物排放達(dá)標(biāo)的前提下，減少氨逃逸，有助于減輕大氣污染，塑造良好的企業(yè)形象。另一方面，硫酸氫銨的沉積主要是發(fā)生在空預(yù)器冷端，但隨著機組排煙溫度變化，部分硫酸氫銨也會在電除塵陰極線上沉積，導(dǎo)致陰極線肥大，影響除塵效率。同時，噴氨優(yōu)化降低了排煙溫度，降低了除塵器區(qū)域煙氣的流速，也可提高除塵效率，有助于避免排放粉塵濃度超標(biāo)。