郭力強，柳逢春，閻寒冰

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西太原 030001）

0 引言

近幾年，國家對燃煤電廠環(huán)保工作提出了進一步的要求。2012年1月新的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB 13223—2011）開始實施，2014年9月國家發(fā)改委、環(huán)保部、國家能源局三部委聯(lián)合印發(fā)了《燃煤發(fā)電節(jié)能減排升級改造行動計劃（2014—2020）》。在此基礎上，國內大部分省、市、地區(qū)及發(fā)電企業(yè)相繼制定了燃煤超凈排放指標[1]，氮氧化物排放限值為50 mg/m3，該排放限值作為燃煤鍋爐的氮氧化物排放“超低排放”標準[2]。

超低排放標準的提出，對于燃煤電廠提出了巨大的挑戰(zhàn)。從2015年開始，大部分燃煤電廠對現(xiàn)有的脫硝系統(tǒng)等環(huán)保設施進行了超低排放改造，以滿足國家政策的要求，實現(xiàn)大氣污染物的超低排放。在開展煙氣超低排放改造過程中，由于治理技術的不成熟，改造應用時間較短，超凈排放的運行、維護經驗不足，對選擇性催化還原SCR（selective catalytic reduction）煙氣脫硝裝置運行特性缺乏充分認識，出現(xiàn)了盲目噴氨導致氨逃逸濃度偏大、空氣預熱器阻力異常、機組降低負荷運行的情況，個別機組出現(xiàn)非正常停運現(xiàn)象[3-5]。因此，在機組超低排放改造后，有必要針對性地開展煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調整試驗，對SCR系統(tǒng)噴氨量、煙氣NOx排放量和氨的逃逸濃度之間找到良好的對應關系，從而提高機組運行的經濟性和可靠性。

1 氨逃逸及對設備的危害

目前廣泛應用的是SCR脫硝技術，其計算原理是氨在催化劑的作用下，選擇性地與燃煤煙氣中的NOx發(fā)生反應，將NOx轉換為氮氣和水蒸氣，以達到降低NOx排放的目的。其主要反應如下：

SCR反應器中噴入的氨量一般為催化NOx所需要的化學計量比的80%～90%，但由于催化劑的老化或中毒，反應溫度的過高或過低等原因，沒有反應完全的氨就會相對過剩，從而產生氨的逃逸[6]。在進行反應的同時，在脫硝催化劑的作用下，煙氣中的部分SO2被氧化為SO3，在煙氣水分的條件下，反應過剩的氨與煙氣中的SO3反應生成NH4HSO4副產品。其可能的反應如下[7-9]：

液態(tài)NH4HSO4是一種黏性很強的物質，當空氣預熱器冷端部分區(qū)域的煙溫處于NH4HSO4液相區(qū)時，其表面附著的液態(tài)NH4HSO4黏附飛灰后即造成空氣預熱器的阻力增加，這種現(xiàn)象嚴重時甚至會堵塞空氣預熱器。根據(jù)Richard T W等人的研究[10]，當氨逃逸量增加到3μL/L以上時，空氣預熱器運行半年后阻力增大約50%，嚴重影響機組的安全經濟運行。

2 脫硝裝置的優(yōu)化調整

2.1 設備概況

某燃煤電廠為600 MW機組，煙氣脫硝裝置采用SCR脫硝工藝，鍋爐設2套SCR反應器，采用液氨作為還原劑，SCR反應器在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間布置。煙氣分別進入A、B等2個反應器，每個反應器配置3層蜂窩式催化劑。

該電廠在進行超低排放改造初期，SCR出口NOx排放值和氨逃逸濃度可滿足設計要求。在進行超低排放改造2年后，氨逃逸濃度明顯增加，空氣預熱器阻力加大，風機裕量不足，嚴重影響鍋爐的經濟、安全運行。

2.2 噴氨系統(tǒng)優(yōu)化調整試驗

借鑒相關SCR噴氨優(yōu)化調整的經驗[11-12]，我們進行了本項目調整試驗。采用調整氨噴射系統(tǒng)各支管氨流量的方法，減小反應器入口氨氮摩爾比的分布偏差，提高氨濃度分布的均勻性，使NH3與NOx充分混合，從而降低反應器出口氨逃逸量，避免過量噴氨使氨逃逸濃度偏高，產生的NH4HSO4造成空氣預熱器堵塞和冷端腐蝕，為脫硝裝置的高效安全運行提供保障。

在進行SCR噴氨優(yōu)化調整試驗中，通過調節(jié)系統(tǒng)的噴氨量，在脫硝裝置的脫硝效率達到系統(tǒng)設計值后，測量反應器進出口NOx/O2質量濃度。根據(jù)反應器出口截面的NOx質量濃度及出口NH3質量濃度分布，調整各氨氣噴嘴閥門的開度值，使得氨氣噴嘴流量與煙氣中NOx含量匹配。由于設計和實際情況有一定的偏差，需要根據(jù)入口NOx質量濃度和出口NOx質量濃度實際分布情況調整噴氨分配閥。NOx分布情況的測量為網(wǎng)格法測量，其調整過程為一個反復的過程。用便攜式煙氣分析儀在SCR煙道出口測試孔處測試NOx質量濃度數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)調節(jié)噴氨分配閥流量，從而使出口測試孔處測得的NOx質量濃度均勻分布。

通過出口NO質量濃度的標準偏差Cv來判別脫硝反應器出口NOx質量濃度分布的均勻性，標準偏差Cv值一般控制在設計目標15%以內，其計算方法為

2.3 測量方法

2.3.1 NOx質量濃度分布

在SCR反應器的進口煙道截面和出口煙道截面，分別采用等面積網(wǎng)格法布置煙氣取樣點。同時在反應器的進出口逐點采集煙氣樣品，分析煙氣中的NO質量濃度，以得到煙道截面的NOx質量濃度分布情況。

2.3.2 NH3質量濃度分布

在SCR反應器的出口截面，用網(wǎng)格法布置煙氣取樣點。煙氣經取樣槍引出至煙道外，接入傅里葉紅外煙氣分析儀檢測煙氣中NH3的質量濃度。

2.4 調整方法

在機組固定負荷情況下，分別測試18個測試孔煙氣NO的質量濃度及氧量，然后根據(jù)稀釋風量和測量的數(shù)據(jù)對各噴氨閥門進行調整。

2.4.1 測點的布置

根據(jù)反應器出口測量格柵測點的布置情況以及對應關系，將煙道截面劃分成相應的小區(qū)域，根據(jù)閥門與小區(qū)域之間的相互關系進行測點的布置。

2.4.2 NOx質量濃度測試

NOx質量濃度測試時，保持機組穩(wěn)定運行，SCR噴氨量一定，測量A、B反應器出口NOx質量濃度，計算反應器出口NOx質量濃度相對標準偏差，得到出口NOx質量濃度場分布情況。

如果NOx質量濃度相對標準偏差＞15%，對偏差較大的區(qū)域噴氨手動門進行微調，然后再對A、B反應器出口NOx質量濃度進行測試，將測試結果與前一次測試結果進行對比分析。

計算A、B反應器出口NOx質量濃度平均值Ca，計算每個小區(qū)域NOx質量濃度的平均值，設為Ci（i=1，2，3，4…），對比Ci和Ca，如果Ci＞Ca，把i閥門開大，如果Ci＜Ca，把i閥門開小，數(shù)值接近，可進行微調或不調節(jié)。

重復進行以上步驟，對A、B反應器出口NOx質量濃度數(shù)據(jù)進行對比，直到出口NOx質量濃度相對標準偏差＜15%，NOx濃度均勻性得到明顯改善為止。

2.5 優(yōu)化結果及分析

2.5.1 摸底試驗

在鍋爐負荷580 MW工況下，對SCR進行優(yōu)化調整前的整體數(shù)據(jù)摸底試驗。A、B反應器出口各9個測孔，分別為A01至A09、B01至B09，從煙道A外側往爐膛中心線在測點處進行測試。

在機組580 MW負荷時，在A側SCR出口處對NOx質量濃度進行測試，NOx質量濃度平均為32.1 mg/m3，標準偏差Cv值為27.72%。B側SCR出口NOx的平均質量濃度為20.7 mg/m3，標準偏差CV值為55.78%。根據(jù)摸底數(shù)據(jù)得出，2臺反應器出口NOx質量濃度沿煙道寬度及深度方向不均勻，尤其B側煙道外側墻部局域，深部位置NOx質量濃度偏高，淺部位置明顯偏低，A側出口NOx質量濃度最大值46.9 mg/m3，最小值21.3 mg/m3。B側出口NOx質量濃度最大值43 mg/m3，最小值6.0 mg/m3。

2.5.2 優(yōu)化調整試驗

根據(jù)實測的SCR反應器出口截面NOx質量濃度分布情況，我們對噴氨支管的手動閥開度進行多輪調整，最大限度提高SCR反應器出口NOx質量濃度分布的均勻性。在鍋爐負荷580 MW工況時，對SCR反應器進行優(yōu)化調整試驗。

噴氨優(yōu)化調整后SCR反應器出口NOx質量濃度分布均勻性得到明顯改善，優(yōu)化后的相對偏差CV值呈減小趨勢，NOx濃度分布也逐漸趨于均勻。

經過噴氨優(yōu)化調整后，A側SCR出口NOx質量濃度平均值為53.8 mg/m3，標準偏差CV值為12.53%。B側SCR出口NOx質量濃度平均值為47.7 mg/m3，標準偏差Cv值為14.52%。

3 結束語

經過對脫硝出口數(shù)據(jù)的多次測量和分配閥的多次調整，SCR反應器出口A側NOx質量濃度分布的標準偏差值由調整前的27.72%提高到調整后的12.53%，均勻度提高了15.73%；B側NOx質量濃度分布標準偏差值由調整前的55.78%提高到調整后的14.52%，均勻度提高了42.29%。反應器出口截面NOx質量濃度分布均勻性得到明顯改善，有效控制了氨逃逸。

SCR內部流場不均以及噴氨格柵結構會影響SCR出口NOx質量濃度的分布，應在后期優(yōu)化設計，實施改進后噴氨格柵結構及其布置方式，實現(xiàn)分區(qū)調整，改進內部流場分布[13]。

為了提高SCR氨濃度分布的均勻性，使NH3與NOx充分混合，降低反應器出口氨逃逸量，減少空氣預熱器的堵塞，建議定期進行噴氨優(yōu)化調整試驗。