660 MW 超超臨界機組脫硝系統耗氨量大的應對措施

張 浩

（國電建投內蒙古能源有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017209）

0 引言

隨著我國環保標準的逐步提高，電廠陸續完成了超低排放改造，但電廠自身成本的壓力，又迫使電廠必須在成本與效益之間尋找一個平衡點，在保證環保排放達標的情況下如何降低液氨的消耗量也逐漸成為各個電廠研究的首要任務。加強脫硝系統標準化管理，保證脫硝系統的正常運行，合理控制脫硝系統參數，達到節能環保一體化。而且，能源供應緊張，液氨價格持續走高，供應形勢嚴峻，氨站庫存減少，直接影響熱電廠的節能減排工作及經濟效益和環保效應。由于液氨用量過多，會存在氨逃逸超標，在脫硝反應的產物中有硫酸氫氨存在，硫酸氫氨在146～207 ℃為黏稠的液態，煙塵會粘附在空預器的受熱面上，造成空預器差壓增大，威脅到鍋爐燃燒穩定及風機的安全運行，同時會造成風煙系統阻力增加、風機耗電量增加、機組經濟性下降的問題，因此在運行中必須嚴格控制脫硝系統液氨消耗量。

1 系統介紹

國電建投內蒙古能源有限公司布連電廠的鍋爐本體，是北京巴布科克·威爾科克斯有限公司設計、聯合制造的超超臨界變壓運行本生直流鍋爐，鍋爐為螺旋爐膛、一次再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼構架、全懸 吊結構、前后墻對沖燃燒方式、Π形鍋爐、緊身封閉布置燃煤鍋爐。鍋爐采用低氮雙調風旋流燃燒器，本燃燒系統設計了NOx噴口，利用空氣分級燃燒原理進一步控制煙氣中NOx的生成量，其通過風箱引入的二次風及時的與爐膛煙氣混合，使進入爐膛的煤粉完全燃燒。布連電廠氨站是為布連電廠兩臺660 MW 機組脫硝工程而建立，為1#、2#機組脫硝系統的SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法）反應器提供蒸發氣氨。氨站系統由汽車裝卸區、液氨貯存區和液氨蒸發區3 個部分組成，建設規模液氨存儲能力2×100 m3；氣氨蒸發能力為2×455 kg/h，設計一用一備。機組正常運行過程中，噴氨量過大會導致噴入的氨氣與煙氣不能完全混合均勻，造成空預器壓差緩慢上升，嚴重時將影響機組出力。通過收集鍋爐運行過程中脫硝系統數據，利用2#機組A 修期間進入尾部煙道對脫硝系統催化劑、吹灰系統、供氨噴嘴等其他附件進行詳細檢查，分析脫硝系統噴氨量大的原因，采取了必要的措施，以降低脫硝系統氨消耗量，實現滿足環保要求、節約能源的目的。

2 660 MW 機組脫硝系統脫硝工作原理

目前的脫硝方法主要有SCR、SNCR（Selective Non-Catalytic-Reduction，選擇性非催化還原）、濕法氧化、高分子、HCR 復合脫硝劑、氨法等，布連電廠的脫硝方法主要是SCR。SCR 技術是將SCR 反應器布置在火電機組鍋爐尾部煙道省煤器和空氣預熱器之間，煙氣垂直進入SCR 反應器，經過各層催化劑模塊將NOx還原為無害的N2、H2O[1]。上述反應溫度可以在300～400 ℃進行，脫硝效率約為70%～90%。

選擇性是指在催化劑的作用和在氧氣存在條件下，NH3優先和NOx發生還原脫除反應，生成氮氣和水，而不和煙氣中的氧進行氧化反應，其主要反應式為：

3 脫硝系統耗氨量大的原因

3.1 催化劑長期未更換導致的失效、積灰

脫硝效率的高低與脫硝系統催化劑是否積灰關系密切，催化劑積灰主要發生在迎煙氣側上層。這種積灰會造成催化劑孔隙堵塞，使煙氣與催化劑接觸面積減少，煙氣只能通過未堵塞部分流通，從而造成未堵塞部位煙氣流速增加，使未堵塞部分催化劑局部沖刷嚴重，長期積灰將會導致部分催化劑與煙氣完全無法接觸反應，進而導致煙氣內NOx分布不均，局部噴氨量過多造成脫硝系統耗氨量增加。

在2#機組A 修期間打開尾部煙道進行催化劑積灰檢查，發現催化劑積灰嚴重。2#機組原計劃于2019 年C 修期間更換脫硝系統催化劑，由于受疫情影響無法更換，延期至2020 年2#機組A 修才更換催化劑，此時催化劑活性早已大幅降低。

本次A 修檢查發現催化劑積灰嚴重，由此可以判斷催化劑失效積灰造成噴氨量過大。

3.2 脫硝系統兩側調門未投自動

為保證NOx有較高的脫除率，達標環保排放要求，又減少氨的逃逸率，降低空預器堵塞的風險，必須調節控制好氨氣流量。然而燃煤鍋爐燃燒過程比較復雜，燃煤來源、燃燒調整、負荷變化幅度等針造成NOx濃度大幅變化。脫硝系統供氨調節門投自動跟蹤SCR 出口6%氧氣濃度下反應器出口NOx濃度，根據NOx的變化設定不同的數值，維持出口NOx濃度小于50 mg/Nm3。負荷變化只需改變脫硝系統調門設定值即可，不需過多干預。通過調取一些電廠歷史曲線，對比發現供氨調門投自動前后日耗氨量變化明顯。

3.3 磨組運行方式改變

通過調取歷通過調取歷時曲線，選擇機組負荷同為600 MW、氧含量同為3%時，一臺上層制粉系統運行和兩臺上層制粉系統運行時對脫硝入口NOx和耗氨量的影響（表1）。根據表1 可知，脫硝兩側耗氨量大小與上層制粉系統運行臺數關系密切，兩臺上層制粉系統運行時，脫硝系統兩側耗氨量明顯高于一臺上層制粉系統運行。兩臺上層制粉系統運行時，由于火焰中心位置升高，煤粉燃燒滯后，產生的熱力型NOx大幅增加，脫硝系統入口NOx增加，脫硝系統耗氨量增加，每日耗氨量增加較多。

表1 磨組運行方式與耗氨量關系

3.4 運行過程中氧含量高

由表2 可知，隨著氧含量的增加，脫硝系統入口NOx濃度及噴氨量也隨著氧含量的增加而增加，氧含量越大噴氨量也越大。因為在燃燒過程中，適當降低氧含量可以使鍋爐燃燒的過量空氣系數減少。在整個燃燒過程中燃燒處于微缺氧燃燒狀態，那么煤中的氮元素與空氣接觸面積減小，通過燃燒生成的NOx量就會減小，因此在機組正常運行過程中氧含量高是噴氨量增加的主要原因。

表2 機組負荷600 MW 時氧含量與耗氨量調查

3.5 噴氨手動調節擋板開度不合理

由于鍋爐尾部煙道煙氣流場分布不均，需調整脫硝系統手動調節擋板開度，調整依據為脫硝系統A 側、B 側出口各測點位置氣體濃度，以確定一個最佳位置開度。機組負荷穩定時，測量脫硝系統A、B 兩側的氣體濃度，A 側出口各氣體濃度不存在為“0”區域，B 側4#、5#、6#測點NO 濃度為0（表3）。煙氣中90%～95%的NOx以NO 的形式存在，因此測量NO 濃度即可得出脫硝系統出口的NOx濃度。

表3 脫硝系統B 側出口各測點位置氣體濃度分布

由表3 可知，脫硝系統B 側出口測點4#、5#、6#測點位置測得NO 的濃度為0，即可判斷出脫硝系統B 側存在過度噴氨現象。

4 脫硝系統尿素消耗量大的處理措施

4.1 更換催化劑和增加聲波吹灰器

利用停機檢修機會，將催化劑全部更換為新型催化劑，安裝過程中注意安裝位置正確。脫硝催化劑屬于易碎產品，因此在運輸過程中需要注意。布連電廠鍋爐脫硝系統只有在鍋爐前墻有10 支聲波吹灰器，后墻未設置聲波吹灰器，在鍋爐運行過程中由于吹灰靠近前墻一側，從而造成后墻一側大量積灰，從而導致煙氣通過催化劑時各部分流速分布不均。對脫硝系統后墻每層催化劑設置10 支聲波吹灰器后，停機檢修檢查發現積灰各部分比較均勻，更換催化劑和加裝聲波吹灰器后，在入口NOx相差不大情況下耗氨量明顯下降[2]。

4.2 脫硝系統兩側調門投入自動

脫硝系統兩側調門未投入自動，將會導致機組負荷變化過程中調整不及時，耗氨量過多，通過對脫硝系統兩側調門線性度進行調節，并且邏輯中引入脫硝系統入口NOx變化作為前饋，在保證出口NOx均值滿足環保要求情況下，調整動作靈敏可靠。

4.3 改變磨組運行方式

以600 MW 機組為例，通常每臺鍋爐配備6 臺制粉系統，B磨、D 磨為上層磨，機組正常運行時通常運行一臺上層磨，在事故情況下或其他磨煤機檢修情況下會出現兩臺上層制粉系統運行。機組發生故障時，兩臺上層制粉系統運行不可避免，可以控制的是檢修部根據每臺磨煤機運行小時數。應對磨煤機進行合理檢修，盡量避免兩臺上層制粉系統同時運行。

4.4 運行中降低鍋爐氧含量

在機組負荷變化過程中，在保證鍋爐燃燒所需的氧含量下，適當降低鍋爐氧含量，如機組負荷600 MW 時氧含量調整為3.0%左右。現將機組負荷600 MW 時氧含量調整為2.5%左右，觀察鍋爐爐膛結焦情況以及取灰樣化驗分析，爐膛結焦情況以及灰樣中煤粉量未完全增加。

4.5 調節脫硝系統噴氨擋板開度

因脫硝系統B 側存在過度噴氨現象，現將其對側、A 側的擋板各開大10°，之后測得B 側出口4#、5#、6#測點處NO 濃度分別為2×10-6、1×10-6、2×10-6，不再為0，由此可知B 側過度噴氨現象消失。

5 結束語

綜上所述，脫硝系統耗氨量多少，不僅與環保安全相關，還與鍋爐安全穩定運行關系密切，耗氨量過多將會堵塞鍋爐空預器、使空預器差壓增加，同時造成送風機、引風機出力增加，機組帶負荷能力下降，不利于鍋爐經濟運行。在鍋爐運行中相關技術人員應進一步探索降低耗氨量方法、途徑，以保障鍋爐安全、穩定運行。