陳 磊，李德波，周杰聯(lián)，陳 拓，廖宏楷，馮永新，蘇湛清

（廣東電科院能源技術(shù)有限責(zé)任公司，廣州 510080）

0 引言

近年來，國(guó)內(nèi)火電機(jī)組陸續(xù)加裝了治理煙氣中氮氧化物排放的SCR（選擇性催化還原）煙氣脫硝裝置，SCR 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行至今，部分催化劑已超過或接近性能保證期。催化劑性能下降，氨逃逸率上升，生成的NH4HSO4沉積物導(dǎo)致空預(yù)器堵灰、局部堵塞現(xiàn)象[1]。通過對(duì)SCR 脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整來減少NH3逃逸的技術(shù)研究逐漸發(fā)展起來[2-7]。李德波[6]等開展了四角切圓鍋爐變CCOFA（緊湊燃盡風(fēng)）與SOFA（分離燃盡風(fēng)）配比下燃燒特性數(shù)值模擬，通過改變CCOFA 與SOFA配風(fēng)比例，從而降低爐膛出口NOX濃度，減輕SCR 脫硝系統(tǒng)脫除的壓力。李德波[7]等進(jìn)行了SCR脫硝系統(tǒng)噴氨格柵調(diào)整試驗(yàn)關(guān)鍵問題探究，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際SCR 脫硝系統(tǒng)噴氨格柵調(diào)整試驗(yàn)，提出了現(xiàn)場(chǎng)噴氨格柵調(diào)整試驗(yàn)方法。國(guó)內(nèi)研究者[6-14]對(duì)脫硝系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了大量研究工作，取得了較好的工程應(yīng)用效果。李德波[6]等開展了600 MW 電站鍋爐SCR 脫硝系統(tǒng)全負(fù)荷投運(yùn)改造方案研究，通過省煤器分級(jí)技術(shù)改造，提高了SCR 脫硝系統(tǒng)低負(fù)荷下進(jìn)口煙氣溫度，從而使得脫硝系統(tǒng)滿足投運(yùn)要求，提高SCR 脫硝系統(tǒng)投運(yùn)率，具有較好的環(huán)保價(jià)值。郭義杰[13]等開展了100 MW 燃煤鍋爐硫酸氫銨堵塞空氣預(yù)熱器原因分析及應(yīng)對(duì)措施，提出了現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行的方式。王樂樂[15]等進(jìn)行了SCR 脫硝催化劑低負(fù)荷運(yùn)行評(píng)估技術(shù)研究。研究者通過分析影響MOT（技術(shù)管理）的因素，提出了MOT 的可變性以及根據(jù)SCR脫硝系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行煙氣參數(shù)科學(xué)評(píng)估MOT 的重要性。于玉真[16]等開展了SCR 脫硝系統(tǒng)流道均流裝置數(shù)值模擬與優(yōu)化技術(shù)研究。研究者采用ANSYS FLUENT 軟件對(duì)流道情況進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究結(jié)果表明：多孔板開孔率對(duì)AIG（噴氨格柵）上游速度均勻性影響最大，整流格柵間距對(duì)第1 層催化劑入口速度均勻性影響最大。在優(yōu)化方案下，AIG 上游相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值為3.94%，第1層催化劑入口相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值為4.33%。國(guó)內(nèi)研究者在燃煤電廠超低排放技術(shù)路線等方面開展了相關(guān)的研究工作。

當(dāng)前SCR 脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整手段的主要技術(shù)路線是根據(jù)SCR 脫硝反應(yīng)器出口NOX質(zhì)量濃度分布調(diào)節(jié)相應(yīng)入口噴氨支管的噴氨量，達(dá)到提高脫硝效率并降低氨逃逸的目的[2-3]。查找國(guó)內(nèi)近幾年的研究文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，機(jī)組SCR 脫硝系統(tǒng)多數(shù)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)僅在機(jī)組滿負(fù)荷下進(jìn)行，多年現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，大多數(shù)機(jī)組SCR 脫硝系統(tǒng)經(jīng)過高負(fù)荷下優(yōu)化調(diào)整后，機(jī)組低負(fù)荷時(shí)的SCR 脫硝系統(tǒng)仍然符合要求。然而并非所有SCR 脫硝系統(tǒng)符合這一規(guī)律。

本文介紹某發(fā)電廠現(xiàn)場(chǎng)脫硝優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)時(shí)，高、低負(fù)荷下優(yōu)化調(diào)整測(cè)試結(jié)果偏差較大的案例，分析了出現(xiàn)異常的原因并總結(jié)處理對(duì)策。

1 機(jī)組及SCR 脫硝優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

某發(fā)電廠600 MW 國(guó)產(chǎn)超臨界發(fā)電機(jī)組，鍋爐為單爐膛Π 型布置，燃燒器采用前后墻對(duì)沖布置，共6 組燃燒器，每組布置5 個(gè)。脫硝裝置采取SCR 工藝。SCR 反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空預(yù)器之間。每臺(tái)機(jī)組配置2 個(gè)SCR 反應(yīng)器，采用純度為99.6%的液氨做為反應(yīng)劑，催化劑為蜂窩式催化劑。

SCR 系統(tǒng)進(jìn)出口截面預(yù)留的取樣孔，進(jìn)口每側(cè)有14 個(gè)測(cè)孔，出口每側(cè)有10 個(gè)，入口處每側(cè)反應(yīng)器共18 個(gè)噴氨支管，噴氨支管布置方式為線性控制式噴射格柵噴氨技術(shù)[3]。采用網(wǎng)格法，在SCR 反應(yīng)器的進(jìn)口（噴氨格柵之前）和出口測(cè)量NO和O2，每孔測(cè)試3 點(diǎn)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算得到反應(yīng)器出口折算到6% O2濃度下氮氧化物（簡(jiǎn)記為NOX）的分布狀況。對(duì)于NOX含量過低的區(qū)域，適當(dāng)減少噴氨量，對(duì)于NOX含量高的區(qū)域，適當(dāng)增加噴氨量，最終實(shí)現(xiàn)出口NOX的均勻分布，噴氨優(yōu)化調(diào)整的調(diào)整方法見圖1。

圖1 SCR 脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整方法示意

SCR 系統(tǒng)脫硝優(yōu)化調(diào)整驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)一般為反應(yīng)器出口NOX濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過20%，其中相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算如下：

式中：xi為某一測(cè)點(diǎn)值；n 為測(cè)點(diǎn)數(shù)。

2 噴氨優(yōu)化調(diào)整過程及結(jié)果分析

在600 MW 負(fù)荷及鍋爐燃燒穩(wěn)定下，各個(gè)噴氨支管的調(diào)節(jié)閥初始開度為80%左右，對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。每側(cè)反應(yīng)器測(cè)孔按照機(jī)組固定端到擴(kuò)建段方向上排序（即A 側(cè)反應(yīng)器從外向內(nèi)，B 側(cè)反應(yīng)器從內(nèi)向外），反應(yīng)器深度方向上由淺至深排序1—3。調(diào)整前SCR 出口NOX分布測(cè)試結(jié)果見表1（表中NOX濃度已換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的數(shù)值，以下同）。

表1 調(diào)整前SCR 出口NOX分布測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

（1）SCR 出口NOX分布非常不均勻，A 側(cè)、B側(cè)反應(yīng)器出口NOX濃度的平均值分別為50.7 mg/m3和52.5 mg/m3，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為29.0 mg/m3和26.6 mg/m3，相對(duì)偏差分別達(dá)到了57.1%及50.7%。

（2）分別按照反應(yīng)器的寬度、深度方向測(cè)點(diǎn)的NOX分布進(jìn)行線性平均的統(tǒng)計(jì)分析，得到A反應(yīng)器寬度方向上相對(duì)偏差為59.0%，深度方向上相對(duì)偏差1.4%；B 反應(yīng)器寬度方向上相對(duì)偏差為51.5%，深度方向上相對(duì)偏差5.9%，主要偏差在反應(yīng)器寬度方向。

（3）2 臺(tái)反應(yīng)器均為靠外側(cè)NOX濃度偏低，內(nèi)側(cè)NOX偏高。調(diào)整應(yīng)當(dāng)關(guān)小外側(cè)噴氨支管調(diào)閥，并開大內(nèi)側(cè)噴氨支管調(diào)閥。

經(jīng)過對(duì)反應(yīng)器噴氨支管流量調(diào)節(jié)閥的反復(fù)測(cè)試及調(diào)整，最終反應(yīng)器出口NOX濃度見表2。測(cè)試發(fā)現(xiàn)：

A 側(cè)、B 側(cè)反應(yīng)器出口NOX濃度的平均值分別為65.5 mg/m3和68.7 mg/m3，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為10.9 mg/m3和10.4 mg/m3，相對(duì)偏差分別達(dá)到了16.6%及15.1%；A 反應(yīng)器寬度方向上相對(duì)偏差為16.6%，深度方向上相對(duì)偏差1.0%；B 反應(yīng)器寬度方向上相對(duì)偏差為14.3%，深度方向上相對(duì)偏差3.9%，偏差均不超過20%?？梢姡?00 MW負(fù)荷時(shí)精細(xì)噴氨格柵調(diào)整試驗(yàn)取得了較好效果。

表2 調(diào)整后SCR 出口NOX分布測(cè)試結(jié)果

在300 MW 下的脫硝反應(yīng)器出口NOX濃度進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果見表3。經(jīng)過脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整后，反應(yīng)器SCR 出口NOX濃度分布非常不均勻，A 側(cè)、B 側(cè)NOX分布的平均值分別為61.6 mg/m3和63.1 mg/m3，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為25.0 mg/m3和25.2 mg/m3，相對(duì)偏差分別達(dá)到了40.6%和40.0%。

表3 調(diào)整后300 MW 負(fù)荷下SCR 出口NOX分布測(cè)試結(jié)果

圖2 為600 MW 下調(diào)整前后以及300 MW 負(fù)荷下的驗(yàn)證試驗(yàn)工況時(shí)，A，B 反應(yīng)器出口NOX分布趨勢(shì)。在600 MW 負(fù)荷下，噴氨優(yōu)化調(diào)整前后A，B 反應(yīng)器出口NOX分布變化。整體來看，調(diào)整前，各噴氨支管開度基本為80%，鍋爐燃燒產(chǎn)生的NOX主要在中間煙氣中，即為爐膛燃燒的中心區(qū)域，而靠近兩側(cè)煙氣中NOX濃度相對(duì)較低。調(diào)整反應(yīng)器出口NOX濃度基本平均。但是在300 MW 時(shí)，A、B 反應(yīng)器出口NOX濃度外側(cè)明顯高于內(nèi)側(cè)。與調(diào)整前600 MW 負(fù)荷下的測(cè)試結(jié)果相比，出口NOX分布恰恰相反。

3 高、低負(fù)荷測(cè)試偏差原因分析及處理對(duì)策

機(jī)組在600 MW 及300 MW 負(fù)荷下反應(yīng)器入口的煙氣流場(chǎng)分布見圖3。根據(jù)流速分布可見，300 MW 負(fù)荷時(shí)，反應(yīng)器入口靠外側(cè)煙氣流速高于內(nèi)側(cè)，這與600 MW 負(fù)荷下反應(yīng)器入口煙氣流暢分布恰恰相反。按照600 MW 負(fù)荷下對(duì)AIG 的調(diào)整優(yōu)化方式，造成300 MW 噴氨情況更加惡化。查找國(guó)內(nèi)近些年對(duì)噴氨調(diào)整優(yōu)化的文獻(xiàn)，并沒有對(duì)這種非常規(guī)現(xiàn)象的描述，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)中，極少碰到這種現(xiàn)象。在未經(jīng)SCR 脫硝系統(tǒng)的煙氣中NOX濃度偏差一般低于5%，所以SCR 反應(yīng)器入口NOX分布的主要偏差來自于煙氣流速分布。

影響SCR 脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器入口煙氣流場(chǎng)分布的因素包括鍋爐燃燒器選用、各燃燒器配風(fēng)及配粉偏差，煤粉燃燒偏差、煙氣導(dǎo)流板、煙氣擋板以及省煤器旁路擋板等。從以上各因素的影響水平及出現(xiàn)問題的可能性方面綜合考慮，各燃燒器配風(fēng)及配粉、煙氣導(dǎo)流板是造成反應(yīng)器入口流場(chǎng)分布偏差最可能的因素。各燃燒器配風(fēng)及配粉方面，機(jī)組在600 MW 負(fù)荷下是5 組燃燒器投用，而在300 MW 時(shí)常用3 組燃燒器，如其中1 組中的5 臺(tái)燃燒器出現(xiàn)左右側(cè)嚴(yán)重偏差，對(duì)整體爐膛的燃燒中心及熱負(fù)荷分布影響明顯。煙氣導(dǎo)流板方面，煙氣導(dǎo)流板的樣式及尾翼的長(zhǎng)短都影響到SCR 反應(yīng)器入口的煙氣速度場(chǎng)分布[4]。

若要從根本上解決SCR 反應(yīng)器入口煙氣流場(chǎng)分布在高低負(fù)荷下的偏差問題，主要可行措施包括燃燒器風(fēng)量調(diào)平優(yōu)化及反應(yīng)器入口煙氣導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這些措施需要停機(jī)大修或者較長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)調(diào)整。如機(jī)組短期內(nèi)無檢修計(jì)劃，或者燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)暫時(shí)無法實(shí)施下，可以根據(jù)機(jī)組平均負(fù)荷率，選擇機(jī)組常用出力負(fù)荷下進(jìn)行脫硝優(yōu)化調(diào)整。

4 結(jié)論

通過對(duì)某發(fā)電廠600 MW 機(jī)組SCR 脫硝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)研究，得出主要結(jié)論如下：

圖2 300 MW 及600 MW 負(fù)荷下SCR 脫硝系統(tǒng)入口煙氣流速分布

圖3 600 MW 調(diào)整前后及300 MW 下SCR 脫硝系統(tǒng)出口NOX分布

（1）根據(jù)SCR 脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器出口NOX質(zhì)量濃度的分布，有針對(duì)性地對(duì)反應(yīng)器入口的噴氨支管進(jìn)行噴氨量?jī)?yōu)化調(diào)整。在600 MW 負(fù)荷下對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整后A 和B 反應(yīng)器出口NOX質(zhì)量濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別降為16.6%及15.1%，噴氨優(yōu)化效果良好。

（2）機(jī)組SCR 脫硝系統(tǒng)經(jīng)過在600 MW 負(fù)荷下的優(yōu)化調(diào)整后，在300 MW 負(fù)荷下驗(yàn)證時(shí)，A和B 反應(yīng)器出口偏差分別達(dá)到40.6%及40.0%，出口分布偏差較大，可見SCR 脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)需要在2 個(gè)不同高低負(fù)荷下進(jìn)行。

（3）造成機(jī)組SCR 脫硝優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)在高低負(fù)荷下出現(xiàn)明顯偏差的主要原因是：SCR 反應(yīng)器入口煙氣流速分布在高低負(fù)荷下的明顯偏差。

（4）SCR 脫硝系統(tǒng)入口煙氣流場(chǎng)在高低負(fù)荷下的明顯偏差根本處理措施是對(duì)機(jī)組燃燒器風(fēng)量調(diào)平及SCR 反應(yīng)器入口導(dǎo)流板的優(yōu)化，短時(shí)間處理措施可以選擇在機(jī)組最常見負(fù)荷下進(jìn)行SCR 脫硝系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)。