350 MW機組減少脫硝噴氨量策略研究及應用

張彪 靳劍

摘要：目前火力發電廠均安裝有煙氣脫硝系統，普遍存在噴氨量偏大、氨逃逸率高問題，造成液氨浪費，甚至生成NH3HSO4粘結空預器冷端造成空預器堵塞，高負荷引風機動葉開度過大易失速，極大地增加環保成本、維護成本、風機電耗及運行風險。該文通過理論分析制定相關調整策略，極大地改善了噴氨量大、氨逃逸率高的問題，值得同類型火電機組推廣及應用。

關鍵詞：脫硝噴氨堵塞催化劑活性氨逃逸率

中圖分類號： ? ? 文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2022）06（a）-0000-00

Research and Application of Strategy for Reducing Ammonia InjectionAmount of Denitrification in 350MW Unit

ZHANG BiaoJIN Jian

（Shenneng Guodian Korla Power Generation Co. Ltd，Korla，Xinjiang Uygur Autonomous Region841000 China）

Abstract：The thermal power plant is equipped with flue gas denitration system， widespread ammonia injection quantity is big， high rate of ammonia escape problems， cause waste liquid ammonia， even generate NH3HSO4 binding air preheater cold end cause air preheater clogging， high load induced draft fan rotor through a large easy to stall， greatly increase the environmental fan power consumption and operation cost， maintenance cost and risk. In this paper， relevant adjustment strategies are formulated through theoretical analysis， which greatly improves the problems of large ammonia injection volume and high ammonia escape rate， and is worthy of promotion and application of the same type of thermal power units.

Key Words：The denitration; Spraying ammonia; Jam; The catalyst; Activity; Ammonia escape rate

為應對并滿足國家環保對火電廠NOx等大氣污染物排放標準，目前，國內火電廠基本都安裝了SCR煙氣脫硝裝置。SCR系統的投運帶來了一系列問題：噴氨量大，氨逃逸率高，過量的氨與煙氣中的SO3、H2O反應后生成NH3HSO4粘結空預器換熱板造成空預器差壓變大，增加風機電耗，高負荷時亦容易造成引風機過載失速等風險。既要滿足火電廠NOx排放國家標準，又要減少噴氨量成為了我們控制的目標。

1 減少噴氨量應對策略

可從以下幾個方向來減少噴氨量：通過調整配風配煤減少NOx生成、根據煙氣通過脫硝催化劑分布情況調整噴氨格柵手動門、提高脫硝裝置催化劑效率、低負荷提高脫硝入口煙溫使催化劑在最佳反應溫度區間、通過控制凈煙氣氧量減少凈煙氣NOx折算值、確保噴氨格柵噴嘴清潔。

2 策略研究及應用

2.1 配風配煤調整減少NOx生成

研究發現，當過量空氣系數小于1，燃燒區域出于缺氧燃燒狀態時，抑制NOx的生成量有明顯效果，根據這一原理，將燃料的燃燒過程分階段完成，把供給燃燒區的空氣量減少到全部燃燒所需空氣量的80%左右，形成富燃區，從而降低燃燒區的氧濃度，也降低了燃燒區的溫度水平。因此，第一級燃燒區的作用就是抑制NOx的生成，推遲燃燒過程，并將已生成的NOx分解還原，使燃料型NOx減少，由于此時火焰溫度較低，使得熱力型NOx也減少。燃燒所需的其余空氣則通過燃燒器上面的燃盡風噴口送入爐膛與第一級所產生的煙氣混合，使燃料燃燒完全，成為燃盡區，從而完成整個燃燒過程。相應的在運行調整上，我們需要適當關小運行磨煤機二次風門，開大燃盡風門，增大下層磨煤機煤量，減少中間層磨煤機煤量，非必要不啟動上層磨煤機，具體情況見圖1。

2.2 根據煙氣通過脫硝催化劑分布情況調整噴氨格柵手動門

通過現場實地觀察煙氣擋板到脫硝噴氨格柵手動門前煙道布置情況（見圖2），此區域煙道兩側存在外擴現象，造成內側煙氣量較大，外側煙氣量偏少，這種煙道布置對噴氨格柵各個手動門開度的調整具有指導意義，同時通過對脫硝催化劑出口氨逃逸量的檢測，調整后噴氨格柵手動門相應開度是外側開度小，內側開度大的一種狀態。

2.3 提高脫硝裝置催化劑效率

脫硝催化劑活性下降主要有以下幾方面因素[1]：（1）熱燒結。煙溫高于450℃會造成催化劑的晶型結構和活性成份發生不可逆的變化引起活性永久喪失，目前350MW燃煤鍋爐催化劑入口煙溫最高可達360℃，因此不存在煙溫高而使活性下降的問題;機組啟動階段，煤粉在爐膛燃燒不充分進入尾部煙道累積在催化劑表面，在適當氧濃度和溫度條件下會引發催化劑著火，由于短時間內釋放大量熱量，會造成催化劑燒結，導致催化劑完全失活，因此在機組啟動階段脫硝催化劑投入聲波吹灰的同時投入蒸汽連續吹灰避免這種情況發生。（2）堵塞。催化劑堵塞后造成堵塞區域的煙氣只能通過沒有堵塞的催化劑區域，導致煙氣的線速度加快，靠近堵塞區域附近的催化劑的磨損是正常磨損率的2～3倍，最終導致局部催化劑大量的損壞、坍塌。停爐后進入脫硝反應器內檢查發現，催化劑上表面設置的篩網上發現少量塊灰，篩網在催化劑上表面起了隔離作用，少量的塊灰無法進入催化劑通道造成堵塞，不存在大顆粒灰等雜物堵塞催化劑的情況。為防止堵塞情況發生，可根據脫硝催化劑進出口差壓適當增加蒸汽吹灰頻率。（3）磨損。含塵煙氣對催化劑的沖刷磨損，造成催化劑變薄，機械強度下降。由于磨損速率與飛灰速度成立方關系，在速度增大時，磨損速率將急劇增大，為抑制磨損，需嚴格控制煙氣流速，因此在運行調整中適當降低氧量也對抑制磨損具有較好效果。（4）堿金屬中毒。粉塵中K和Na等堿金屬會與活性位V2O5發生類似于酸堿中和反應，使得催化劑活性位喪失，活性下降[2]。通過分析脫硝催化劑活性下降原因并結合2.2中分析的煙道布置情況，在催化劑使用年限達到設計壽命一半時，我們可將外側催化劑與內側催化劑調換[3]，如此可提高催化劑的使用效率。8E377025-3B40-4E5A-AA43-F84F4BF4647C

2.4 低負荷提高脫硝入口煙溫

脫硝催化劑的最佳反應溫度在320℃～400℃，機組滿負荷時脫硝入口最高煙溫360℃，不存在溫度過高的影響，但在負荷157～180MW時，脫硝入口煙溫將低于300℃，溫度過低時，NH3與SO3、H2O反應生成NH4HSO4[4]，生成物附著在催化劑表面，堵塞催化劑通道和微孔，降低催化劑活性[5]。同時為滿足國家環保全工況脫硝要求（超過30%額定負荷需投入脫硝系統運行），我們從低過上部引出一路高溫煙氣直接到脫硝催化劑入口加熱低溫煙氣（見圖3），當機組負荷100MW時脫硝入口煙溫可達到300℃滿足脫硝系統投入條件[6]。在機組負荷157～180MW時，亦可投入該系統，確保脫硝入口煙溫不低于300℃。

2.5 降低凈煙氣氧量

環保采集氮氧化物地點為凈煙氣，計算方法如下：NOx（折算值）=NOx（實際值）×（21-6）/（21-O2）[7]，因此凈煙氣氧量越低NOx折算值就越低，我們的噴氨量就越少。對比凈煙氣氧量與鍋爐出口氧量發現：凈煙氣氧量始終高于鍋爐出口氧量3.5%左右，這兩個氧量采集點之間的進風量主要是：從外部漏進煙道的風量、脫硝稀釋風機鼓風量、脫硝聲波吹灰、空預器漏風（漏風率設計值6%，實際值25%）、低省聲波吹灰、灰斗氣化風、引風機軸承冷卻風、吸收塔氧化風機鼓風量。通過對煙道查漏封堵、減少兩臺稀釋風機運行時長、調整空預器扇形板間隙、優化灰斗氣化風量及吸收塔氧化風量等措施，凈煙氣氧量與鍋爐出口氧量偏差減少至3%，效果顯著。

2.6 確保噴氨格柵噴嘴清潔

噴氨格柵噴嘴如果發生堵塞或積灰，會導致氨與煙氣混合不均勻，嚴重影響催化反應效果，NOx與NH3反應的先決條件就是要充分混合[8]，停爐檢查時發現，噴氨格柵噴嘴上積灰堵塞較嚴重（見圖4），因此制定了相應措施，利用每次停爐機會對噴嘴進行清掃，確保噴嘴清潔無堵塞，使噴進的氨與煙氣混合均勻，保證反應效果始終處于最佳狀態。

3 達到的效果

通過上述調整，噴氨量下降明顯，各負荷段氨逃逸率均能控制在3ppm以下，長時間運行后，未發生空預器嚴重堵塞現象，空預器清堵頻次減少，風機電耗得到有效控制，高負荷機組安全運行得到充分保障，運行人員壓力極大減輕。

參考文獻

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