申志丹

（山西臨汾熱電有限公司,山西臨汾 041000）

0 引言

脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中，由于噴氨量不均，會引起脫硝系統(tǒng)局部氨逃逸增加，氨氣與煙氣中SO2反應(yīng)產(chǎn)生硫酸氫銨容易附著在空預(yù)器受熱面，造成空預(yù)器堵塞，從而使系統(tǒng)阻力增加，引風(fēng)機(jī)出力受限，影響機(jī)組帶負(fù)荷，嚴(yán)重時還會引起引風(fēng)機(jī)搶風(fēng)，造成設(shè)備損壞事故。因此，解決好脫硝系統(tǒng)氨逃逸問題，是解決空預(yù)器堵塞的重點。

1 設(shè)備情況

山西臨汾熱電有限公司2×300 MW機(jī)組鍋爐為東方鍋爐股份有限公司制造，型號為DG1060/17.4-Ⅱ4型。鍋爐為亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包鍋爐，單爐膛∏型布置，燃用煙煤，一次中間再熱，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，爐頂帶金屬防雨罩。選擇性催化還原技術(shù)SCR(selective catalytic reduction)脫硝裝置是由山東三融科技有限公司生產(chǎn)，催化劑采用兩用一備模式。除塵器采用一電兩袋，由福建龍凈電力環(huán)保設(shè)備廠提供；正壓氣力干式除灰系統(tǒng)由鎮(zhèn)江紐普蘭氣力輸送有限公司提供。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷BMCR(boiler maximum continuous rate)為設(shè)計參數(shù)，鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 060 t/h；機(jī)組電負(fù)荷為300 MW(即額定工況)時，鍋爐的額定蒸發(fā)量為1 009 t/h。

1.1 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中存在的主要問題

目前2臺鍋爐噴氨量差別較大，2號機(jī)組存在空預(yù)器B側(cè)運(yùn)行易堵塞、噴氨管道及噴口設(shè)計不合理、氨與煙氣混合不均勻等問題。

通過試驗前數(shù)據(jù)分析，鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定，在SCR反應(yīng)器的入口煙道截面，利用網(wǎng)格法進(jìn)行測試各點的流速，SCR入口煙道流場分布見表1。

由表1可以看出，SCR入口煙道A側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域，煙氣平均流速為13.3 m/s，大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.7 m/s；SCR入口煙道B側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣平均流速為13.8 m/s，大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.2 m/s。因此，SCR入口流場分布為：靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣流速大，煙道外側(cè)區(qū)域煙氣流速小。

由表1可以看出，SCR入口煙道A側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣平均流速為13.3 m/s，大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.7 m/s；SCR入口煙道B側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣平均流速為13.8 m/s，大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.2 m/s。因此，SCR入口流場分布為：靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣流速大，煙道外側(cè)區(qū)域煙氣流速小。

表1 SCR入口煙道流場及脫硝裝置出口NOx及NH3逃逸濃度分布

1.2 噴氨量不均對下游設(shè)備的影響

由于噴氨量不均，導(dǎo)致氨在脫硝反應(yīng)器存在局部反應(yīng)不良，氨逃逸量增加，使過量氨與煙氣中的硫化物反應(yīng)，生成硫酸氫銨，沉積在下游設(shè)備上，使煙道阻力增加，影響機(jī)組帶負(fù)荷，對設(shè)備安全運(yùn)行帶來較大影響[2]。

SCR反應(yīng)器出口NOx分布均勻性較差的主要原因是煙道流場分布不均勻，而噴氨格柵AIG（ammonia injection grid） 各閥門開度沒有一定的指導(dǎo)原則，噴氨流量分布不能適應(yīng)煙氣量分布狀況。為了減少NOx濃度分布偏差，避免局部氨逃逸超標(biāo)，須對AIG各閥門開度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整[3]。

機(jī)組大修前，空預(yù)器差壓嚴(yán)重偏離設(shè)計值，造成引風(fēng)機(jī)電流偏高，影響機(jī)組帶負(fù)荷需要，機(jī)組檢修過程中，對空預(yù)器進(jìn)行了高壓水沖洗，并對部分損壞換熱原件進(jìn)行更換后，空預(yù)器差壓有了明顯下降，但在運(yùn)行中氨逃逸造成空預(yù)器堵塞問題仍是影響機(jī)組長周期安全運(yùn)行的主要問題。

2 主要原因分析

在機(jī)組230 MW工況下，鍋爐蒸發(fā)量為700 t/h左右工況下進(jìn)行優(yōu)化前的摸底試驗，試驗過程中，在每臺反應(yīng)器進(jìn)出口同時測試了NOx濃度，并在反應(yīng)器出口測試了NH3逃逸濃度，初步評估脫硝裝置的效率和按氨噴射流量分配狀況。詳細(xì)測試結(jié)果見表4。

兩側(cè)SCR反應(yīng)器出口煙道截面上NOx和NH3逃逸濃度分布測試結(jié)果見表2。

表2 試驗工況脫硝裝置出口NOx及NH3逃逸濃度分布

兩側(cè)出口NOx濃度分布均呈現(xiàn)出外側(cè)偏低，內(nèi)側(cè)偏高的狀況。A側(cè)SCR出口NOx最大值為58.5 mg/m3，最小值為6.0 mg/m3，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為51.6%；B側(cè)SCR出口NOx最大值為37.7 mg/m3，最小值為8.9 mg/m3，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為54.13%。SCR反應(yīng)器出口NOx分布均勻性較差。

同時，氨逃逸濃度試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)A、B兩側(cè)均呈現(xiàn)出NOx濃度低的測孔氨逃逸濃度明顯較高，煙道外側(cè)區(qū)域氨逃逸濃度較高而鍋爐中心線位置則相對較小。A側(cè)最大氨逃逸濃度達(dá)到4.50 μL/L，最小為 1.64 μL/L，B側(cè)最大氨逃逸濃度達(dá)到5.01 μL/L，最小為 1.93 μL/L。

SCR反應(yīng)器出口NOx分布均勻性較差的主要原因是煙道流場分布不均勻，而AIG噴氨格柵各閥門開度沒有一定的指導(dǎo)原則，噴氨流量分布不能適應(yīng)煙氣量分布狀況。為了減少NOx濃度分布偏差，避免局部氨逃逸超標(biāo)，須對AIG噴氨格柵各閥門開度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

3 噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗

根據(jù)兩側(cè)煙道煙氣流場NOx濃度及氨逃逸情況分布，由于噴氨隔柵流場分布不均問題是造成氨逃逸的大的主要問題，因此必須進(jìn)行噴氨均勻性調(diào)整試驗。

在鍋爐230 MW，鍋爐蒸發(fā)量為700 t/h工況下，根據(jù)摸底測試測得SCR反應(yīng)器出口截面NOx濃度和NH3逃逸濃度分布結(jié)果，對反應(yīng)器入口煙道上AIG噴氨格柵不同支管的手動蝶閥開度進(jìn)行了調(diào)節(jié)，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整，兩側(cè)反應(yīng)器出口截面的NOx分布均勻性有所改善。調(diào)整前后各支管手動蝶閥開度見表3，主要結(jié)果匯總?cè)缫姳?。

表3 優(yōu)化調(diào)整試驗前后AIG噴氨支管手動蝶閥開度對比

表4 噴氨優(yōu)化調(diào)整后SCR反應(yīng)器出口NOx及NH3逃逸濃度分布

A側(cè)SCR出口NOx最大值為35.0 mg/m3，最小值為13.3 mg/m3，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為32.6%；B側(cè)SCR出口NOx最大值為27.9 mg/m3，最小值為17.3 mg/m3，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為19.3%。SCR反應(yīng)器兩側(cè)出口NOx分布均勻性得到改善，其中B側(cè)均勻性得到改善，A側(cè)由于經(jīng)各種調(diào)整方法最外側(cè)測點處NOx濃度并無明顯變化，造成A側(cè)出口NOx相對標(biāo)準(zhǔn)偏差仍然較大。

同時，氨逃逸濃度試驗結(jié)果表明，A側(cè)最大氨逃逸濃度達(dá)到 3.89 μL/L，最小為 1.55 μL/L，平均為2.38 μL/L；B側(cè)最大氨逃逸濃度達(dá)到2.57 μL/L，最小為 2.11 μL/L，平均為 2.34 μL/L?？梢钥闯鼋?jīng)過噴氨優(yōu)化后，A、B反應(yīng)器出口NOx濃度分布偏差和局部氨逃逸較大的問題有所改善。

4 試驗結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

a） SCR入口速度場測量發(fā)現(xiàn)：SCR入口A、B兩側(cè)靠近鍋爐中心線側(cè)煙氣流速大于煙道外側(cè)，流場分布不均。

b)噴氨優(yōu)化調(diào)整前，鍋爐蒸發(fā)量為700 t/h工況下，A、B反應(yīng)器入口NOx濃度分布均勻性較好；A、B反應(yīng)器出口NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為51.6%、54.13%，NH3逃逸濃度存在顯著的局部超標(biāo)現(xiàn)象，A、B兩側(cè)最大氨逃逸濃度達(dá)到4.5 μL/L、5.01 μL/L。

c)通過噴氨優(yōu)化調(diào)整，SCR反應(yīng)器出口NOx濃度分布偏差較大和氨逃逸局部超標(biāo)情況有所改善。鍋爐蒸發(fā)量為700 t/h工況下的驗證工況表明，A、B反應(yīng)器出口NOx分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為32.6%和19.3%，氨逃逸濃度最大值分別為3.89 μL/L 和 2.57 μL/L。

4.2 改造建議

4.2.1 SCR入口煙道流場優(yōu)化

SCR入口速度場分布不均勻，建議對SCR入口煙道進(jìn)行流場模擬，對煙道流場進(jìn)行優(yōu)化改造。

4.2.2 噴氨支管及噴氨格柵改造

由于A側(cè)反應(yīng)器出口煙道最外側(cè)測孔處NOx濃度偏小，經(jīng)過一系列調(diào)整方法此處NOx濃度并無明顯變化，造成A側(cè)反應(yīng)器出口NOx濃度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差依然較大，但優(yōu)化調(diào)整過后A側(cè)反應(yīng)器出口NOx濃度總體均勻性有所改善。針對此問題分析主要是入口噴氨不均勻，反應(yīng)器出口NOx濃度與該區(qū)域AIG噴氨支管手動蝶閥開度并無直接對應(yīng)關(guān)系；且據(jù)了解目前電廠氨/煙氣混合技術(shù)單一采用噴氨格柵，混合調(diào)節(jié)手段單一，噴氨均勻性不好，建議在噴氨格柵上方加裝混流裝置，使氨/煙氣混合更加均勻，改善脫硝出口NOx均勻性差及局部氨逃逸嚴(yán)重的問題。

5 結(jié)束語

通過脫硝系統(tǒng)噴氨流場優(yōu)化試驗，可有效控制系統(tǒng)加氨量，防止因加氨量過多，氨逃逸量大引起的空預(yù)器等下游設(shè)備堵塞，確保主機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行；另外，通過噴氨量優(yōu)化，用氨量減少，能有效降低火電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本，為同類型火電機(jī)組提供了良好的實踐經(jīng)驗。

[1]張曉梅.燃煤鍋爐機(jī)組 [M].北京：中國電力出版社， 2006.

[2]曹志勇,譚誠軍,李建中，等.燃煤鍋爐SCR煙氣脫硝優(yōu)化調(diào)整試驗 [J].中國電力,2011,44（11） :55-58.

[3]西安熱工研究所.火電廠SCR煙氣脫硝技術(shù) [M].北京：中國電力出版社，2002.