姚彥龍 ，周 雷 ，劉 磊 ，倪 浩 ，周 靜 ，譚厚章 ，楊文俊 ，楊祖旺 ，金立梅

(1.華電寧夏靈武發(fā)電有限公司，銀川 751400；2.西安交通大學(xué)，西安 710049;3.西安格瑞電力科技有限公司，西安 710043)

0 引 言

為防止燃燒后煙氣產(chǎn)生過多的NOx污染環(huán)境，應(yīng)對煙氣進(jìn)行脫硝處理來達(dá)到國家低氮排放的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有的脫硝技術(shù)中選擇性催化還原(SCR)[1]、選擇性非催化還原(SNCR)[2]或混合SNCR-SCR脫硝技術(shù)[3]使用較為廣泛。SCR脫硝技術(shù)具有占地面積小、技術(shù)成熟、脫硝效率高等優(yōu)點[4]。SCR的反應(yīng)原理是在催化劑的作用下，將還原劑(尿素、氨)在300～410 ℃煙氣溫度范圍內(nèi)噴入，選擇性地與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)生成氮氣和水[5]。氨氣與煙氣混合均勻與否對脫硝效率及氨逃逸情況影響顯著,目前SCR主要的噴氨混合裝置是噴氨格柵(AIG)[6]。

某公司對#3爐進(jìn)行氮氧化物(NOx)排放濃度統(tǒng)計時發(fā)現(xiàn)，#3爐脫硝噴氨濃度場分布不均，使得流場內(nèi)分布的氨氮比(NH3/NOx)失衡，脫硝效率下降。為降低NOx排放濃度，該公司加大了噴氨量，造成氨逃逸增加，硫酸氫銨生成加劇。在150～200 ℃范圍內(nèi)，液態(tài)的硫酸氫銨捕捉煙氣中的飛灰，阻礙空氣預(yù)熱器的流通，降低換熱效率，且中度酸性的硫酸氫銨會加速蓄熱元件的腐蝕。為優(yōu)化脫硝裝置運行效果，增強(qiáng)噴氨均勻性，減少硫酸氫氨生成，減輕空預(yù)器堵塞，對#3爐脫硝噴氨格柵進(jìn)行了改造。

1 設(shè)備概況

該公司#3機(jī)組鍋爐型號為DG3100/26.15-Π1，是由東方鍋爐廠設(shè)計生產(chǎn)的1 000 MW超超臨界參數(shù)變壓直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、全鋼構(gòu)架、固態(tài)排渣、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，其正壓直吹式制粉系統(tǒng)配6臺中速碗式磨。

該公司#3鍋爐設(shè)計燃用靈武礦區(qū)靈州煤，校核煤種為磁窯堡煤礦產(chǎn)煤，實際燃用銀南煤和銀北煤的混煤，煤種成分及特性見表1。從表中可見，本次改造設(shè)計煤種的收到基灰分為37.92%，高于原設(shè)計煤種(22.89%)和原校核煤種(15.89%)。其中本次改造設(shè)計煤種的全水分和收到基碳含量低于原設(shè)計煤種和原校核煤種，分別為10.4%和40.52%。

表1 鍋爐煤質(zhì)參數(shù)

2 改造方案

2.1 現(xiàn)有噴氨格柵布置

該公司#3爐存在SCR脫硝入口截面上NH3/NOx混合不均勻、噴氨量偏大、空預(yù)器堵塞嚴(yán)重等問題。分析發(fā)現(xiàn)，噴氨格柵設(shè)計不合理是造成SCR脫硝系統(tǒng)噴氨過量、氨逃逸大的主要原因之一?，F(xiàn)有噴氨格柵布置如圖1所示。單側(cè)SCR的噴氨母管(Φ377×3)上接出24根噴氨支管(Φ89×4.5)，每根噴氨支管分成3根集管(Φ60×3)進(jìn)入SCR入口煙道水平段，每根集管上布置14個噴嘴，其中噴嘴管為Φ30×2的圓管。單側(cè)SCR共布置72根集管、1008個噴嘴。

圖2為現(xiàn)有噴氨格柵的集管與噴嘴。噴嘴內(nèi)孔直徑為6 mm，呈90°夾角布置。核算后氨的噴射速度為40～50 m/s，噴射速度過大，氨射流的剛性太強(qiáng)，不利于氨在煙氣中的擴(kuò)算與混合。噴嘴夾角偏大，氨射流直接沖刷煙道側(cè)壁板，停爐時發(fā)現(xiàn)煙道側(cè)壁板存在明顯的沖刷痕跡。

噴氨格柵目前存在的問題，對SCR脫硝系統(tǒng)的性能造成了不利影響，為保證氨氣通過噴氨格柵噴射入煙道后的均勻性與混合充分性，對現(xiàn)有噴氨格柵進(jìn)行針對性的優(yōu)化改造，從而降低噴氨量、減小氨逃逸、減輕空預(yù)器的硫酸氫氨堵塞。

2.2 噴氨格柵改造方案

對現(xiàn)有噴氨格柵進(jìn)行優(yōu)化改造，改造后的噴氨格柵如圖3和圖4所示。從圖中可見，單側(cè)SCR設(shè)置24個噴氨格柵模塊，每個模塊設(shè)有閥門(閥門利舊)。每個模塊設(shè)置80個噴嘴，一共設(shè)置1920個噴嘴。增加噴管孔徑，將氨噴射速度控制在合理的范圍之內(nèi)，縮小夾角，設(shè)置噴嘴擾流防磨板，利于氨在煙氣中的擴(kuò)散與混合，防止噴口磨損積灰；加大集管直徑，增加噴管孔徑，減小了噴氨格柵管道阻力，保證稀釋風(fēng)機(jī)的流量出力。

3 改造效果

3.1 SCR出口NOx分布均勻性比較分析

在#3機(jī)組負(fù)荷900 MW工況下，保持機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定、噴氨量穩(wěn)定，對脫硝出口截面NOx濃度進(jìn)行測試。測試點定于24個噴氨支管，噴氨支管方向1-24為面對煙道從右至左。改造前后各噴氨支管手動蝶閥開度如圖5所示。從圖中可知，改造后的噴氨支管手動蝶閥開度最大為90°，最小為30°，整體上要大于改造前的手動蝶閥開度。

改造前后SCR脫硝裝置出口NOx分布如圖6所示。從圖中可知，改造前SCR出口NOx標(biāo)準(zhǔn)偏差為22.3 mg/Nm3(6%O2)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(CV)為71.0%；改造后SCR出口NOx標(biāo)準(zhǔn)偏差降為5.2 mg/Nm3(6%O2)，CV降至24.6%。結(jié)果表明，改造前偏差較大，改造后SCR出口NOx均勻性較好。

圖7為改造后DCS脫硝系統(tǒng)運行參數(shù)。在圖7中，改造后SCR入口、出口NOx濃度分別為645.6 mg/m3、47.5 mg/m3，SCR出口NH3濃度為0.12 ppm，供氨量為474.5 kg/h，脫硝效率為93.6%。結(jié)果表明，改造后的SCR出口NH3濃度較低。

3.2 噴氨量及氨逃逸對比分析

為對比#3爐噴氨格柵改造前后的脫硝參數(shù)變化情況，現(xiàn)調(diào)取650、750、850 MW三個運行工況下的脫硝參數(shù)。

#3爐噴氨格柵在650 MW工況下改造前后參數(shù)變化如圖8所示。從圖中可以看出，改造前SCR噴氨量為360.4 kg/h，改造后SCR噴氨量為330 kg/h。將脫硝運行參數(shù)折算至同等NOx(550 mg/m3)情況下，#3爐噴氨量由363.5 kg/h降低至331.2 kg/h，下降8.9%。

#3爐噴氨格柵在750 MW工況下改造前后參數(shù)變化如圖9所示。從圖中可以看出，在脫硝運行參數(shù)折算至同等NOx(550 mg/m3)情況下，#3爐噴氨量由356.3 kg/h降低至323.5 kg/h，下降9.2%。

#3爐噴氨格柵在850 MW工況下改造前后參數(shù)變化如圖10所示。從圖中可以看出，改造后#3爐脫硝氨逃逸濃度由10.75 ppm降低至0.66 ppm，氨逃逸率下降95%。將改造前的脫硝運行參數(shù)換算至改后運行工況下(相同負(fù)荷、相同NOx濃度)，#3爐噴氨量由315.9 kg/h降低至285.6 kg/h，下降9.6%。

由圖8、圖9、圖10結(jié)果可得，改造后#3爐噴氨量下降，氨逃逸量大幅降低，空預(yù)器堵塞問題可較大程度改善。

3.3 改造前后空預(yù)器阻力分析

#3爐改造前后空預(yù)器阻力變化曲線分別如圖11(a)、圖9(b)所示。從圖中可得，改造前空預(yù)器阻力平均在3.5 kPa，最高達(dá)到4 kPa；改造后運行半個月的空預(yù)器阻力一直穩(wěn)定在1.35 kPa以下，空預(yù)器阻力大幅下降。按運行噴氨量減少30.3 kg/h，年運行時間按7 000 h計，一年減少212噸(每噸3 500元)，可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益74萬元。結(jié)果表明，噴氨格柵進(jìn)行優(yōu)化改造后，噴氨均勻性增強(qiáng)，氨逃逸減少，緩解空預(yù)器堵塞情況，降低空預(yù)器阻力，提高三大風(fēng)機(jī)運行的安全裕度，增強(qiáng)空預(yù)器的換熱效果，保障空預(yù)器的正常運行。

4 結(jié)束語

#3爐噴氨格柵改造后，得出以下結(jié)論；

(1)SCR出口NOx相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(CV)由改造前的71.0%降低至改造后的24.6%，改造后SCR出口NOx均勻性較好。

(2)#3爐在650 MW工況下的噴氨量(折算后)由363.5 kg/h降低至331.2 kg/h，下降8.9%；750 MW工況下#3爐噴氨量由356.3 kg/h降低至323.5 kg/h，下降9.2%；850 MW工況下#3爐噴氨量由315.9 kg/h降低至285.6 kg/h，下降9.6%。

(3)改造后850 MW工況下脫硝氨逃逸濃度由10.75 ppm降至0.66 ppm，氨逃逸率下降95%。

(4)改造前空預(yù)器阻力平均在3.5 kPa，最高達(dá)到4 kPa；結(jié)合空預(yù)器蓄熱元件改造運行半個月的空預(yù)器阻力一直穩(wěn)定在1.35 kPa以下。