SCR脫硝系統(tǒng)噴氨隔柵優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)研究

曾國(guó)兵， 牛宗偉， 劉 聰

(1.安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230051；2.江西贛能股份有限公司豐城二期發(fā)電廠,江西 豐城 331100)

自2015年十二屆全國(guó)人大三次會(huì)議《政府工作報(bào)告》明確要求推動(dòng)燃煤電廠超低排放改造以來(lái)，電力行業(yè)已全面推行燃煤機(jī)組超低排放改造。機(jī)組針對(duì)NOx超低排放進(jìn)行了以下改造：①新增SCR備用層催化劑；②在尾部煙道省煤器出口側(cè)增設(shè)煙氣擋板，改變受熱面的有效吸熱量，滿足低負(fù)荷SCR進(jìn)口煙氣溫度的要求。改造完成后，機(jī)組運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)爐膛可能存在結(jié)焦、高溫腐蝕及空預(yù)器煙氣側(cè)阻力的持續(xù)上升的現(xiàn)象，需通過(guò)噴氨格柵(AIG)調(diào)整，使得SCR出口NOx分布相對(duì)均勻，有效降低SCR出口氨逃逸率，從而遏制空預(yù)器煙氣側(cè)阻力的持續(xù)上升。

1 設(shè)備

鍋爐為上海鍋爐廠制造的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，一次中間再熱，四角切圓燃燒方式，單爐膛，固態(tài)排渣，平衡通風(fēng)，Π型鍋爐，設(shè)計(jì)煤種、校核煤種均為淮南煤。鍋爐采用SCR裝置進(jìn)行脫硝處理，SCR裝置為雙SCR結(jié)構(gòu)、高塵布置方式，布置如圖1所示。

圖1 SCR反應(yīng)區(qū)及進(jìn)出口煙道區(qū)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(mm)

在A、B側(cè)煙道各設(shè)置10組噴氨調(diào)節(jié)裝置，每組在深度方向上布置3個(gè)調(diào)節(jié)支管，每側(cè)分別有30個(gè)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行噴氨調(diào)節(jié)。A側(cè)4組噴氨調(diào)節(jié)裝置如圖2所示，B側(cè)為對(duì)稱部分。氨氣的注入采用格柵式，在管道上布置很多噴嘴，以保證噴入煙道內(nèi)的氨與煙氣均勻分配和混合，在噴射格柵的入口每一區(qū)域分配管道上設(shè)有手動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥，以調(diào)節(jié)各個(gè)區(qū)域氨氣的分配。

圖2 煙道噴氨管的布置圖

2 試驗(yàn)過(guò)程

本次試驗(yàn)共分4個(gè)不同階段，分別為常用負(fù)荷性能摸底測(cè)試、脫硝裝置調(diào)整及性能測(cè)試(常用負(fù)荷)、脫硝裝置調(diào)整及性能測(cè)試(高負(fù)荷)、脫硝裝置調(diào)整及性能測(cè)試(低負(fù)荷)，工況序號(hào)分別為工況1～工況4。

2.1 常用負(fù)荷性能摸底試驗(yàn)

試驗(yàn)保持在550MW負(fù)荷、5磨(停F磨)運(yùn)行狀況下進(jìn)行，試驗(yàn)期間機(jī)組負(fù)荷投自動(dòng)，運(yùn)行參數(shù)較為穩(wěn)定。試驗(yàn)內(nèi)容包括SCR進(jìn)口煙氣成分(NOx、O2)、煙溫；SCR出口煙氣成分(NOx、O2、CO)、煙溫及氨逃逸等。通過(guò)測(cè)試，在550MW負(fù)荷摸底工況下(工況1)，實(shí)測(cè)SCR進(jìn)/出口NOx濃度分布狀況如圖3所示。

圖3 SCR進(jìn)/出口NOx濃度趨勢(shì)圖

對(duì)A側(cè)進(jìn)行了的氨逃逸測(cè)試，測(cè)試位置為圖1中的測(cè)試截面2，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 SCR出口氨逃逸及NOx數(shù)據(jù)匯總(工況1)

通過(guò)摸底試驗(yàn)得知，550MW負(fù)荷摸底工況中，SCR出口氨逃逸高于設(shè)計(jì)值且分布不均勻，空預(yù)器存在大面積硫酸氫銨沉積的隱患，需進(jìn)行噴氨格柵(AIG)的優(yōu)化調(diào)整。

2.2 脫硝裝置調(diào)整及性能測(cè)試(常用負(fù)荷)

整個(gè)試驗(yàn)期間對(duì)噴氨格柵(AIG)進(jìn)行了調(diào)整，原始、最終各噴氨格柵組的平均開(kāi)度為41°、66°，最終開(kāi)度明顯高于原始開(kāi)度，原始及最終各噴氨格柵組平均開(kāi)度如圖4所示。

圖4 原始及最終各噴氨格柵組平均開(kāi)度

優(yōu)化調(diào)整后，在常用負(fù)荷下進(jìn)行了脫硝裝置性能測(cè)試，通過(guò)測(cè)試，在550MW常用負(fù)荷工況下(工況2)，實(shí)測(cè)SCR進(jìn)/出口NOx濃度分布狀況如圖5所示。

圖5 SCR進(jìn)/出口NOx濃度趨勢(shì)圖

對(duì)兩側(cè)SCR出口進(jìn)行氨逃逸進(jìn)行了測(cè)試，氨逃逸相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所列，常用負(fù)荷下噴氨優(yōu)化調(diào)整期間總尿素溶液量等相關(guān)參數(shù)如表3所列。

表2 SCR出口氨逃逸及NOx數(shù)據(jù)匯總(工況2-10)

表3 噴氨優(yōu)化調(diào)整期間總尿素溶液量等相關(guān)參數(shù)匯總(工況2)

通過(guò)試驗(yàn)可知，通過(guò)噴氨優(yōu)化調(diào)整后，SCR裝置的總尿素溶液用量約下降1/3，最終使得SCR出口氨逃逸水平顯著下降，其平均降幅約20ppm。

2.3 脫硝裝置調(diào)整及性能測(cè)試(高負(fù)荷)

試驗(yàn)在600MW負(fù)荷下進(jìn)行、5磨運(yùn)行進(jìn)行，期間對(duì)AIG(噴氨格柵)進(jìn)行少許調(diào)整，并對(duì)脫硝裝置性能進(jìn)行了測(cè)試。通過(guò)試驗(yàn)，在600MW高負(fù)荷工況下(工況3)，實(shí)測(cè)SCR進(jìn)/出口NOx濃度分布狀況如圖6所示。

圖6 SCR進(jìn)/出口NOx濃度趨勢(shì)圖

對(duì)兩側(cè)SCR出口進(jìn)行氨逃逸進(jìn)行了測(cè)試，氨逃逸相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 SCR出口氨逃逸及NOx數(shù)據(jù)匯總(工況3)

通過(guò)試驗(yàn)可知，通過(guò)噴氨優(yōu)化調(diào)整后，SCR所用總尿素溶液量大幅下降，600MW時(shí)平均氨逃逸保持在6ppm左右。

2.4 脫硝裝置調(diào)整及性能測(cè)試(低負(fù)荷)

試驗(yàn)在330MW負(fù)荷下進(jìn)行、4磨運(yùn)行進(jìn)行，試驗(yàn)工況序號(hào)為工況4-1～工況4-3，試驗(yàn)內(nèi)容包括：不同省煤器出口煙氣擋板開(kāi)度下(100%、30%、5%)，SCR進(jìn)口煙氣成分(NOx、O2)、煙溫等測(cè)試；SCR出口煙氣成分(NOx、O2、CO)、煙溫等測(cè)試等。

通過(guò)試驗(yàn)，330MW負(fù)荷省煤器出口煙氣擋板調(diào)整工況(工況4-1～工況4-3)，實(shí)測(cè)煙溫分布狀況如圖7所示，SCR進(jìn)口NOx濃度分布狀況如圖8所示。

圖7 SCR進(jìn)口煙溫趨勢(shì)圖

圖8 SCR進(jìn)口NOx濃度趨勢(shì)圖

通過(guò)試驗(yàn)可知：由于省煤器出口煙氣擋板是針對(duì)低負(fù)荷煙溫過(guò)低導(dǎo)致SCR退停專門(mén)設(shè)置，不同省煤器出口煙氣擋板開(kāi)度下(100%、30%、5%)，煙溫提升的幅度較為有限，省煤器出口煙氣擋板僅在很小開(kāi)度下(5%左右)才有一定的提高SCR進(jìn)口煙溫效果(約6～10℃)；SCR進(jìn)口煙道NOx分布狀況并無(wú)明顯差異，煙氣擋板的調(diào)整對(duì)SCR進(jìn)口煙道NOx的分布影響較小。

3 結(jié)論

通過(guò)脫硝系統(tǒng)噴氨格柵(AIG)優(yōu)化調(diào)整后，SCR裝置的總尿素溶液用量約下降1/3，SCR出口氨逃逸水平顯著下降，平均氨逃逸保持在6ppm左右，有效遏制了空預(yù)器煙氣側(cè)阻力的持續(xù)上升情況。并對(duì)機(jī)組運(yùn)行提出以下建議： ①由于SCR出口NOx排放水平與氨逃逸有非常大的關(guān)聯(lián)性，建議運(yùn)行中在滿足排放要求的前提下應(yīng)盡量保持煙囪出口NOx排放在較高水平，這將對(duì)預(yù)防空預(yù)器硫酸氫銨沉積非常有利。②當(dāng)噴氨格柵調(diào)節(jié)閥開(kāi)度較小時(shí)，調(diào)節(jié)相對(duì)靈敏，噴氨量容易過(guò)量，因此調(diào)整中噴氨格柵維持在較大開(kāi)度下更容易對(duì)噴氨量進(jìn)行細(xì)化調(diào)整。③省煤器出口煙氣擋板僅在很小開(kāi)度下(5%左右)才有一定的提高SCR進(jìn)口煙溫效果(約6～10℃)，建議在機(jī)組低負(fù)荷時(shí)，如無(wú)其他限制，省煤器出口煙氣擋板宜采用小開(kāi)度運(yùn)行。