趙永國，李軍民，馬洪濤

（國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

0 引言

隨著火電廠最新大氣污染排放標準的頒布及煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃的實施，燃煤電廠必須嚴格控制煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放的質量濃度分別不高于10 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3[1-4]。因此，煙氣脫硝技術被廣泛應用于燃煤電廠，而選擇性催化還原法SCR（selective catalytic reduction） 在國內燃煤電廠應用中最為普遍，具有脫硝效率高、技術成熟等優(yōu)點[5-6]。然而，脫硝系統運行中，由于噴氨量和各噴氨閥門開度不均，會引起脫硝系統局部氨逃逸增加，逃逸的氨氣在空預器中會生成黏性的硫酸氫氨[7]，引起系統阻力增加，引風機出力受限，影響機組帶負荷，甚至還會引起引風機搶風，造成設備受損事故的發(fā)生[8-9]。

本文擬采取噴氨優(yōu)化調整試驗，即通過手動調整SCR 裝置入口每根噴氨支管的噴氨量，調整脫硝系統的氨分布，使出口NOx和NH3分布更均勻，降低氨逃逸量，提高脫硝效率，這對機組的節(jié)能、安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

1 設備概況

1.1 SCR 煙氣脫硝系統概況

國家能源菏澤發(fā)電有限公司三期工程為2×330 MW 燃煤發(fā)電機組，鍋爐為東方鍋爐廠有限公司制造的DG1025/18.2-Ⅱ4 型鍋爐，為亞臨界參數、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包爐，單爐膛Ⅱ型露天布置，燃用煙煤，一次再熱，平衡通風，固態(tài)排渣，全鋼架、全懸吊結構，爐頂帶金屬防雨罩。設計燃料用巨野礦區(qū)煙煤。鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 025 t/h，額定蒸發(fā)量為904.4 t/h。

國家能源菏澤發(fā)電有限公司工程配套脫硝由北京國電龍源環(huán)保工程有限公司總承包，其脫硝裝置配置情況如下：脫硝工藝采用選擇性催化還原脫硝（SCR） 工藝；脫硝層數按“2+1”設置；采用高灰段布置方式，即SCR 反應器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預熱器之間；不設置SCR 反應器煙氣旁路和省煤器高溫旁路系統；反應器安裝飛灰吹掃裝置，采用聲波吹灰器；煙氣脫硝系統的還原劑制備采用液氨法方案。在設計煤種及校核煤種、鍋爐最大連續(xù)出力工況、處理100%煙氣量條件下脫硝效率不小于80%；NH3逃逸量應控制在2.5×10-6以下，SO2向SO3的氧化率小于1%。

1.2 存在的問題及原因分析

2017 年3 月26 日國家能源菏澤發(fā)電有限公司6 號爐停爐后，對空預器冷端和噴氨渦流板進行檢查，進一步分析噴氨優(yōu)化煙道深度方向不均的原因和空預器堵塞及低溫腐蝕的情況。檢查發(fā)現，渦流板表面積灰嚴重，部分噴氨管已經被積灰堵塞，影響噴氨量和噴氨效果?？疹A器冷端蓄熱元件因頻繁吹灰已變形，部分已損壞?，F場檢查熱端蓄熱元件吹損更加嚴重，A 側最外層和B 側第二層大部分蓄熱元件需要更換。

通過查閱6 號爐近期燃煤情況，燃用的是煙煤，排除了高硫高水分煤種造成空預器堵塞和渦流板積灰的可能，分析認為空預器堵塞和渦流板積灰是由噴氨不均造成的。因此，本文設計試驗測量噴氨優(yōu)化調整前后NOx和NH3濃度分布情況，通過噴氨優(yōu)化調整試驗，手動調整SCR 裝置入口每根噴氨支管的噴氨量，使出口NOx和NH3分布更均勻，提高SCR 裝置的可用率，從而降低脫硝系統氨逃逸量[10-11]。

2 試驗方法

2.1 參數測量

為了準確測量脫硝入口參數、噴氨后參數以及氨逃逸量，就必須測量SCR 反應器入口、噴氨后以及SCR 反應器出口的煙氣溫度、組分及流速。即按等截面多點網格法，在省煤器出口水平煙道上、脫硝出口煙道變徑之后的垂直煙道上以及脫硝反應器出口垂直煙道上，分別布置每側2孔、9 孔、2 孔，每孔3 點的測量點。用FLUK E和K 型熱電偶測量煙氣溫度，用TESTO350 測量煙氣中O2、CO、NOx的濃度，采用微壓計和標定的靠背管測量煙氣的流速，用便攜式氨氣分析儀測量噴氨下游氨氣的濃度。

2.2 參數測量布置

為了準確掌握脫硝系統的性能，診斷脫硝系統存在的問題，安裝了如圖1所示的測孔。

圖1 脫硝測點布置示意圖

式中：ρ（NOx） 為在標準狀態(tài)、φ（O2） =6%、干煙氣下NOx的質量濃度，mg/m3；φ（NO） 為實測干煙氣中NO 的體積分數，μL/L；φ（O2） 為實測干煙氣中氧的體積分數，%。

3 脫硝系統噴氨優(yōu)化試驗

3.1 脫硝系統噴氨優(yōu)化調整前試驗

3.1.1 催化劑層間流場測量

5 號爐280 MW+供熱工況下，在第二層與第三層催化劑層間測量煙氣流場分布狀況，進而判別催化劑層間的煙氣分布。受反應器橫截面尺寸和測試用靠背管長度限制，無法測量催化劑橫截面中心區(qū)域的流速分布，只能測爐后3 m 深和爐前1 m 深的流速情況。

試驗結果表明：A、B 兩側催化劑層間煙道內的煙氣流速均呈前后流速高、中間流速低且爐后高于爐前的分布特點。A 側第二層與第三層催化劑層間煙氣流場分布不均勻度為25.5，煙氣流速平均值為2.5 m/s，最高值為4.25 m/s，最低值為1.6 m/s；B 側第二層與第三層催化劑層間煙氣流場分布不均勻度為27.1，煙氣流速平均值為2.4 m/s，最高值為4.82 m/s，最低值為1.61 m/s。

3.1.2 脫硝出口流場測量

5 號爐280 MW+供熱工況下，在脫硝出口煙道變窄后的豎直煙道管段測量煙氣流速分布。試驗結果表明：A、B 兩側脫硝出口煙道內流場分布呈現爐后高爐前低、靠兩側的區(qū)域流速低分布特點。A 側脫硝出口煙氣流場分布不均勻度為33，煙氣流速平均值為14.6 m/s，最高值為20.4 m/s，最低值為6 m/s；B 側脫硝出口煙氣流場分布不均勻度為38.4，煙氣流速平均值為11.5 m/s，最高值為16.4 m/s，最低值為4.9 m/s。

3.1.3 脫硝出口NOx濃度測量變量

5 號爐280 MW+供熱工況下，在脫硝出口煙道變窄后的豎直煙道管段測量NOx質量濃度分布。試驗結果表明：A、B 兩側脫硝出口煙道內NOx質量濃度分布呈現中間高、兩側低的的分布特點，NOx分布偏差較大。A 側脫硝出口NOx質量濃度分布不均勻度為73.6，NOx質量濃度平均值為41.5 mg/m3，最高值為121.2 mg/m3，最低值為18.9 mg/m3；B 側脫硝出口NOx質量濃度分布不均勻度為62.6，NOx質量濃度平均值為22.2 mg/m3，最高值為56.8 mg/m3，最低值為9.3 mg/m3。

3.1.4 脫硝出口NH3濃度測量

5 號爐280 MW+供熱工況下，在脫硝出口煙道變窄后的豎直煙道管段測量NH3的質量濃度分布。試驗結果表明：A 側脫硝出口煙道內NH3分布呈現內側高外側低的分布特點，B 側脫硝出口煙道內NH3分布呈現兩側高中間低、且外側高于內側的分布特點。A 側脫硝出口NH3體積分數分布不均勻度為16.9，NH3的體積分數平均值為1.6×10-6，最高值為2.4×10-6，最低值為1.1×10-6；B 側脫硝出口NH3體積分數分布不均勻度為31.6，NH3的體積分數平均值為1.3×10-6，最高值為1.7×10-6，最低值為0.5×10-6。

表1 具體的閥門開度

3.2 SCR 噴氨調整試驗

3.2.1 手動閥門調整

噴氨優(yōu)化調整試驗是通過手動調整SCR 裝置入口每根噴氨支管的噴氨量，使出口NOx和NH3分布更均勻，提高SCR 裝置的可用率[12-15]。噴氨手動調閥開度大的噴嘴，噴氨量較大，對應裝置出口區(qū)域被催化還原后的NOx質量濃度低，氨逃逸質量濃度則會較高。噴氨手動調閥開度小的噴嘴，噴氨量較小，對應裝置出口區(qū)域被催化還原后的NOx質量濃度則會較高，氨逃逸質量濃度則會較低。經過多次測試與調整，確定了SCR 各支管噴氨手動門最佳開度，有效改善了裝置出口NOx質量濃度分布均勻性，降低了氨逃逸質量濃度。5 號機組A、B 兩側各8 個噴氨手動閥門，試驗前后開度情況如表1 所示。通過優(yōu)化試驗，A、B 側SCR 脫硝系統各噴氨手動門開度有了較大的變化。

3.2.2 調整后脫硝裝置出口NOx排放濃度及分布

通過噴氨優(yōu)化調整后，脫硝出口NOx濃度分布均勻性有所改善，但脫硝出口深度方向NOx濃度偏差無法通過噴氨閥進行調整，導致脫硝出口NOx分布不均勻度仍偏高。240 MW+供熱工況下，在脫硝出口煙道變窄后的豎直煙道管段測量NOx濃度分布。試驗結果表明：A、B 兩側脫硝出口煙道內寬度方向NOx濃度分布呈現靠中間高、兩側低，在煙道深度方向呈現爐前低爐后高的分布特點。A 側脫硝出口NOx的質量濃度分布不均勻度為52.3，NOx質量濃度平均值為29 mg/m3，最高值為57.2 mg/m3，最低值為6.7 mg/m3；B 側脫硝出口NOx質量濃度分布不均勻度為45.4，NOx質量濃度平均值為26.5 mg/m3，最高值為50 mg/m3，最低值為9 mg/m3。A 側脫硝出口NH3的體積分數分布不均勻度為16.9，NH3的體積分數平均值為1.4×10-6，最高值為2.3×10-6，最低值為1.1×10-6。B 側脫硝出口NH3的體積分數分布不均勻度為25.6，NH3的體積分數平均值為1.3 ×10-6，最高值為1.4×10-6，最低值為0.8×10-6。A 側脫硝出口煙道內NH3分布呈現內側高外側低的分布特點，B側脫硝出口煙道內NH3分布呈現兩側高中間低、且外側高于內側的分布特點。

4 結論

通過本次噴氨優(yōu)化調整試驗，脫硝系統A、B側脫硝出口NOx分布不均勻度都有所降低，并且A、B 兩側脫硝出口煙道內寬度方向NOx濃度分布呈現中間高、兩側低，在煙道深度方向呈現爐前低爐后高的分布特點。A、B 側脫硝出口NH3分布不均勻度有所降低且脫硝出口煙道內NH3分布呈現內側高外側低的分布特點。脫硝系統調整后，噴氨量和氨逃逸率均得到明顯改善，對機組的安全穩(wěn)定運行有著重要意義。