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        六角切圓鍋爐改造后NOx排放特性研究

        2019-01-02 01:46:10唐樹芳唐郭安喻小偉吳暢
        發(fā)電技術(shù) 2018年6期
        關(guān)鍵詞:噴氨標準偏差煙道

        唐樹芳,唐郭安,喻小偉,吳暢

        (華電電力科學(xué)研究院有限公司,浙江省 杭州市 310030)

        0 引言

        隨著中國火電建設(shè)步伐的加快,控制燃煤電廠氣體污染物排放已經(jīng)成為重中之重。在燃煤電站排放的大氣污染物中,NOx對生態(tài)環(huán)境和人體健康的危害極大,且難以處理。我國《火電廠大氣污染物排放標準》應(yīng)用于燃煤電站,對NOx排放限制標準日益嚴格。近2年來我國各種類型的燃煤電廠已普遍使用選擇性催化還原技術(shù)(selective catalytic reduction,SCR)進行 NOx的治理[1-7]。六角切圓煤粉鍋爐具有自己的特性,整個爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)強度較弱[8-10],在國內(nèi)外煤電行業(yè)占有比例少,對通過低氮燃燒改造后的運行調(diào)整情況缺乏相應(yīng)的研究,又由于鍋爐超低排放改造比較集中,時間較短,改造完成后的新機組在投運后出現(xiàn)流場分布不均勻,脫硝出口NOx分布不夠均勻,出口氨逃逸超標的問題,再加上技術(shù)人員運行水平限制以及現(xiàn)場設(shè)備操作不當(dāng)?shù)仍?,不能有針對地進行噴氨,造成噴氨濃度很大,增加了還原劑耗量,降低了機組運行安全性及機組運行的經(jīng)濟性。本文選取一臺完成超低排放改造的六角切圓煤粉鍋爐為例,對其進行脫硝進出口NOx質(zhì)量濃度分布及氨逃逸質(zhì)量濃度的研究。

        1 設(shè)備概況

        某六角切圓燃煤鍋爐為超高壓、一次中間再熱、單汽包自然循環(huán)煤粉鍋爐,鍋爐型號為HG-670/140-12HM,脫硝系統(tǒng)為SCR系統(tǒng),鍋爐的設(shè)計煤質(zhì)見表1,脫硝入口設(shè)計參數(shù)見表2。

        表1 鍋爐設(shè)計煤質(zhì)Tab. 1 Qualities of boiler design coal

        脫硝系統(tǒng)布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間,采用2層新催化劑投運,一層備用形式,入口煙氣中NOx的質(zhì)量濃度不大于450 mg/m3(標態(tài)、干基、6%O2),設(shè)計效率不小于 56%,氨逃逸質(zhì)量濃度不大于2.28 mg/m3(標態(tài)、干基、6%O2)。

        表2 脫硝入口煙氣參數(shù)Tab. 2 Denitrification inlet flue gas parameters

        2 NOx質(zhì)量濃度分布特性

        2.1 脫硝進出口NOx質(zhì)量濃度分布特性

        NOx質(zhì)量濃度的測試采用網(wǎng)格法測量,測量深度分別為0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 m。測試結(jié)果見圖1、圖2。

        從圖1可以看出,脫硝反應(yīng)器入口A側(cè)NOx質(zhì)量濃度最大值399 mg/m3,最小值292 mg/m3,平均值 351 mg/m3,相對標準偏差 8.07%;入口 B側(cè) NOx質(zhì)量濃度最大值 472 mg/m3,最小值358mg/m3,平均值 420 mg/m3,相對標準偏差8.03%。入口NOx質(zhì)量濃度B側(cè)明顯高于A側(cè),單側(cè)質(zhì)量濃度也出現(xiàn)不同程度的偏差,分布不均勻。這說明爐膛內(nèi)燃燒不完全,煙氣在流經(jīng)脫硝裝置時流場分布不均勻,使得脫硝內(nèi)部噴氨量相對不均勻,最終造成出口NOx質(zhì)量濃度分布不均。

        圖1 入口沿寬度方向NOx分布Fig. 1 NOx distribution of the inlet along the width direction

        圖2 出口沿寬度方向NOx分布Fig. 2 NOx distribution of the outlet along the width direction

        入口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻主要是由于入口流場的分布不均勻,而入口流場分布不均勻不僅會造成NOx質(zhì)量濃度場分布不均,也會造成溫度場、流速場的分布不均,從而在一定程度上加劇NOx質(zhì)量濃度分布不均勻性。

        脫硝系統(tǒng)入口NOx分布的均勻性、溫度和空間流速等因素會直接影響煙道內(nèi)各處噴氨量的大小[11-12],進入第一層催化劑前NOx與氨混合均勻且速度分布均勻時才能保證脫硝效率和氨逃逸質(zhì)量濃度的穩(wěn)定[13-14],而氨逃逸質(zhì)量濃度超標則會加劇空氣預(yù)熱器的堵塞,也會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成威脅[15]。

        脫硝反應(yīng)器出口 A側(cè) NOx質(zhì)量濃度最大值163 mg/m3,最小值 60 mg/m3,平均質(zhì)量濃度111mg/m3,相對標準偏差26.10%;出口B側(cè)NOx質(zhì)量濃度最大值149 mg/m3,最小值51mg/m3,平均質(zhì)量濃度105 mg/m3,相對標準偏差27.88%。出口NOx質(zhì)量濃度分布在寬度方向上呈現(xiàn)A側(cè)左側(cè)低而右側(cè)高,B側(cè)右側(cè)低而左側(cè)高的分布特點;NOx質(zhì)量濃度分布在深度方向上呈現(xiàn)煙道前墻和后墻較低,中間較高的特點。整個脫硝斷面偏差較大,分布不均勻。

        造成這種現(xiàn)象通常有2種原因,一種是因為噴氨量不均勻,從而導(dǎo)致NOx質(zhì)量濃度較高的區(qū)域噴氨不足,或者NOx質(zhì)量濃度較低的區(qū)域過量噴氨;另一種原因是,存在催化劑反應(yīng)不良,煙氣在反應(yīng)區(qū)停留時間過短或者由于堵塞等催化劑失活現(xiàn)象造成脫硝效率降低,從而導(dǎo)致出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻。

        2.2 脫硝出口氨逃逸分布特性

        試驗期間脫硝反應(yīng)器出口A、B側(cè)氧量分布如圖3所示。

        脫硝反應(yīng)器出口A、B側(cè)氨逃逸質(zhì)量濃度分布如圖4所示。

        通過測試數(shù)據(jù)及氨逃逸質(zhì)量濃度分布可以發(fā)現(xiàn),A側(cè)煙道有3個測點進行氨逃逸測試,其中在煙道右側(cè)(內(nèi)側(cè))的測點氨逃逸質(zhì)量濃度為1.176 mg/m3(標態(tài)、干基、6%O2),滿足設(shè)計要求,而其他2個測點質(zhì)量濃度超過了設(shè)計要求。B側(cè)煙道3個測點的測量結(jié)果與A側(cè)類似,煙道左側(cè)(內(nèi)側(cè))的測點氨逃逸質(zhì)量濃度為 1.277 mg/m3(標態(tài)、干基、6%O2),滿足設(shè)計要求,其他 2個測點質(zhì)量濃度超過了設(shè)計要求。結(jié)合脫硝反應(yīng)器進口NOx質(zhì)量濃度分布、出口NOx質(zhì)量濃度分布和氧量分布分析,反應(yīng)器進出口NOx質(zhì)量濃度分布和氧量分布都不均勻,出口NOx質(zhì)量濃度的相對標準偏差較大,說明脫硝入口存在過量噴氨現(xiàn)象。

        脫硝反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度A側(cè)平均值為351 mg/m3,B側(cè)平均值為420 mg/m3,B側(cè)質(zhì)量濃度大于 A側(cè)質(zhì)量濃度。脫硝反應(yīng)器出口 NOx質(zhì)量濃度 A側(cè)為 111 mg/m3,B側(cè)平均值為105 mg/m3,A側(cè)質(zhì)量濃度大于B側(cè),而出口氨逃逸在寬度方向上呈現(xiàn)煙道兩側(cè)高中間低的現(xiàn)象,在NOx質(zhì)量濃度較高的地方氨逃逸較低,NOx質(zhì)量濃度較低的地方氨逃逸較高,A側(cè)氨逃逸平均值 2.021 mg/m3低于 B側(cè)氨逃逸平均值 2.314 mg/m3,這說明A側(cè)噴氨量小于B側(cè),噴氨流量與NOx質(zhì)量濃度不匹配,排除因煙氣流速過大或催化劑吹損等原因造成催化劑反應(yīng)不良使得出口NOx質(zhì)量濃度分布不均的可能性。

        經(jīng)過計算,A側(cè)脫硝效率為69.29%,B側(cè)脫硝效率為75.69% ,A側(cè)的脫硝效率低于B側(cè),。過量的不匹配噴氨和入口 NOx質(zhì)量濃度分布不均,加劇了出口NOx質(zhì)量濃度分布的不均勻性,在一定程度上也會加劇氨逃逸。因此應(yīng)該對各支管噴氨量進行合理調(diào)整,增大高NOx質(zhì)量濃度區(qū)域的噴氨量,降低低NOx質(zhì)量濃度區(qū)域的噴氨量。也應(yīng)該進行入口煙氣流場優(yōu)化,從根本上解決入口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻的問題。

        圖3 出口沿寬度方向O2分布Fig. 3 O2 distribution of the outlet along the width direction

        圖4 出口沿寬度方向氨逃逸分布Fig. 4 Ammonia escape concentration distribution of the outlet along the width direction

        3 結(jié)論

        1)脫硝SCR反應(yīng)器入口流場不均勻?qū)е氯肟?NOx質(zhì)量濃度分布不均勻,A側(cè)平均值351 mg/m3,相對標準偏差 8.07%;B側(cè)平均值420 mg/m3,相對標準偏差 8.03%,需要對 SCR入口整流裝置進行檢查和調(diào)整,以提高SCR反應(yīng)器入口流場的均勻性;也可以對燃燒器和二次風(fēng)進行調(diào)整,提高爐膛出口煙氣流場的均勻性,也有助于提高SCR反應(yīng)器入口煙氣流場的均勻性。

        2)脫硝 SCR反應(yīng)器噴氨量不均勻,造成出口NOx質(zhì)量濃度分布不均勻,相對偏差較大。A側(cè)平均值111 mg/m3,相對標準偏差26.10%;B側(cè)平均值105 mg/m3,相對標準偏差27.88%。出口氨逃逸質(zhì)量濃度超過設(shè)計值,A側(cè)最大值2.484mg/m3,B側(cè)最大值3.102mg/m3,需要適當(dāng)減小A側(cè)左側(cè)、B側(cè)右側(cè)的噴氨量,以避免SCR出口局部氨逃逸過高。

        3)為了降低NOx的排放質(zhì)量濃度,減小脫硝出口的氨逃逸質(zhì)量濃度,避免空氣預(yù)熱器由于氨逃逸而造成堵塞,需要對脫硝系統(tǒng)進行噴氨優(yōu)化調(diào)整。

        SCR脫硝裝置運行情況直接關(guān)系著電廠的NOx排放是否達到環(huán)保要求。氮氧化物分布的均勻性是影響脫硝效率和脫硝反應(yīng)的重要因素,需要密切關(guān)注脫硝出口氮氧化物的分布規(guī)律,并結(jié)合SCR入口溫度、煙氣量,及時進行噴氨優(yōu)化調(diào)整,確定不同噴氨格柵的噴氨量,逐步減小A側(cè)左側(cè)和B側(cè)右側(cè)的噴氨量,并通過反復(fù)的調(diào)整,以得到最佳的噴氨量,節(jié)約能源,降低污染,避免引起環(huán)境問題或損害尾部煙道設(shè)備,從而保證電廠機組安全可靠的長期運行。

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