譚智華

（中國能源建設(shè)集團(tuán)華中電力試驗(yàn)研究院有限公司，湖南 長沙410110）

在火力發(fā)電廠中脫硝等環(huán)保裝置使用年限超過一定后經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)噴氨不均勻、氨逃逸過高等問題。過高的氨逃逸率及噴氨不均勻均會(huì)給空預(yù)器、電除塵等設(shè)備的安全運(yùn)行帶來安全隱患，影響機(jī)組正常運(yùn)行。該文通過改變反應(yīng)器內(nèi)局部范圍的供氨量，在反應(yīng)器出口建立均衡的NOx分布，讓SCR系統(tǒng)在保持靠近設(shè)計(jì)效率的同時(shí)，在最小的氨逃逸率下進(jìn)行可控性運(yùn)行，以提高氨的使用率，避免下游設(shè)備（特別是預(yù)熱器）的腐蝕堵塞，使脫硝系統(tǒng)在環(huán)保排放達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上兼顧節(jié)約運(yùn)行成本。

1 設(shè)備概況

本次試驗(yàn)機(jī)組為響應(yīng)國家節(jié)能減排新政策2013年環(huán)保改造后機(jī)組，機(jī)組容量為300MW，設(shè)計(jì)煤種為煙煤，配套SCR脫硝工藝。在每臺(tái)鍋爐省煤器出口布置兩個(gè)SCR反應(yīng)器，每個(gè)反應(yīng)器的催化劑層數(shù)按2＋1模式布置，初裝2層預(yù)留1層，催化劑采用蜂窩式催化劑。反應(yīng)劑為純氨，其品質(zhì)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB 536—1988《液體無水氨》中技術(shù)指標(biāo)的要求，配套液氨存儲(chǔ)及反應(yīng)設(shè)備，配套脫硝專用吹灰、CEMS系統(tǒng)由DCS集中控制，其中氨區(qū)加熱用汽采用電廠輔助蒸汽，電廠輔助蒸汽參數(shù)為0.6MPa~0.8MPa，溫度230℃~270℃。

脫硝系統(tǒng)性能參數(shù)：脫硝入口NOx濃度按照500mg/Nm3（干基、標(biāo)態(tài)、6%氧）設(shè)計(jì)，脫硝出口氮氧化物排放濃度不大于50mg/Nm3（干基、標(biāo)態(tài)、6%氧，三層），氨的逃逸濃度不大于2.276mg/m3（干基、標(biāo)態(tài)、6%氧，三層），SO2/SO3轉(zhuǎn)化率不大于1.4%（三層，干基，標(biāo)況，6%含氧量），滿足或高于國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)。在保證脫硝效率的同時(shí)，必須同時(shí)保證氨逃逸、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率及催化劑阻力等均達(dá)到性能保證指標(biāo)。

2 試驗(yàn)依據(jù)及試驗(yàn)項(xiàng)目

試驗(yàn)依據(jù)：《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》GB/T 16157—1996、《燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范》DL/T 260—2012、《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》HJ 76—2017等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備說明書、設(shè)計(jì)文件。

試驗(yàn)項(xiàng)目：1）預(yù)備試驗(yàn)、摸底測試。預(yù)備試驗(yàn)即對(duì)反應(yīng)器進(jìn)出口NOx、O2濃度進(jìn)行實(shí)測，對(duì)比DCS顯示值，為正式試驗(yàn)的脫硝效率的設(shè)定做好準(zhǔn)備工作。摸底測試即在90%至100%負(fù)荷的條件下，對(duì)噴氨流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，把脫硝效率控制在設(shè)計(jì)值，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)出口的NOx濃度分布及氨逃逸濃度分布進(jìn)行測算，對(duì)脫硝裝置的效率、氨噴射流量的分配狀況進(jìn)行初評(píng)。2）噴氨調(diào)整試驗(yàn)。調(diào)整機(jī)組出力至負(fù)荷85%，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)出口NOx濃度分布進(jìn)行測量，根據(jù)NOx濃度分布情況（即相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差CV值）對(duì)各支管的氨流量進(jìn)行優(yōu)化平衡調(diào)整。在完成機(jī)組85%負(fù)荷下調(diào)平后，再調(diào)整機(jī)組出力至95%負(fù)荷進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)過優(yōu)化噴氨流量后，確保反應(yīng)器出口的NOx分布的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差CV值小于15%或頂層催化劑入口氨氮摩爾比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。氨逃逸濃度控制在2.276mg/m3以內(nèi)。3）試驗(yàn)條件。試驗(yàn)中鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種或者事先商定的試驗(yàn)煤種，并準(zhǔn)備充足的煤量。試驗(yàn)負(fù)荷為根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃提前申請，試驗(yàn)期間負(fù)荷應(yīng)基本穩(wěn)定。試驗(yàn)期間不再進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)整，不投油助燃，不進(jìn)行制粉系統(tǒng)的調(diào)整，催化劑不進(jìn)行蒸汽吹灰。試驗(yàn)期間應(yīng)保持鍋爐各參數(shù)的穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓表、電耗、水耗、蒸汽流量、CEMS儀表等表計(jì)能投入并指示正確。試驗(yàn)期間，SCR反應(yīng)器進(jìn)口煙氣溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值要求。每個(gè)工況試驗(yàn)期間鍋爐不吹灰。請安排試驗(yàn)開始前兩小時(shí)完成催化劑吹灰。試驗(yàn)前脫硝系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行24h以上。試驗(yàn)測試期間，氨的噴射量須保持不變。因此須根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況確定噴氨的方公式（自動(dòng)或手動(dòng)）。4）試驗(yàn)儀器：經(jīng)有關(guān)部門檢定合格并均在有效期內(nèi)的相關(guān)儀器包括煙氣分析儀、測溫槍、熱電偶、靠背管、微壓計(jì)、溫濕度大氣壓力表、氨化學(xué)取樣系統(tǒng)、氨分析儀、便攜式大流量低濃度自動(dòng)煙塵測試儀、便攜式預(yù)處理箱、加熱型采樣槍及伴熱管線等。

3 調(diào)整試驗(yàn)

3.1 測點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)獲取

3.1.1 測點(diǎn)布置

SCR脫硝裝置噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)現(xiàn)場進(jìn)、出口測點(diǎn)采樣位置優(yōu)先選擇在垂直管段，避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位。采樣位置需要設(shè)置在距彎頭、閥門或變徑管下游方向不小于6倍的直徑，和距上述部件上游方向不小于3倍的直徑處。對(duì)矩形煙道，應(yīng)測量直徑并按照相關(guān)要求計(jì)算。試驗(yàn)測點(diǎn)及項(xiàng)目見表1，其中各測反應(yīng)器從左到右依次編號(hào)A1~An、B1~Bn，每測孔由淺到深依次編號(hào)P1~Pn。采樣數(shù)目根據(jù)網(wǎng)格法進(jìn)行測算。

表1 試驗(yàn)測點(diǎn)和項(xiàng)目

3.1.2 NO、O2濃度分布及脫硝效率數(shù)據(jù)的獲取

在SCR反應(yīng)器進(jìn)口和出口采樣截面，分別用等截面網(wǎng)格法布置取樣點(diǎn)。同時(shí)用兩套煙氣分析裝置，在反應(yīng)器的進(jìn)出口逐點(diǎn)采集煙氣樣品，分析出煙氣中的NO、O2及其他成分含量，獲取煙道截面的NOx濃度分布。用SCR進(jìn)出口的NOx濃度的算術(shù)平均值求出脫硝效率。

3.1.3 NH3逃逸濃度

根據(jù)每臺(tái)反應(yīng)器出口測點(diǎn)的NOx濃度分布，取多代表點(diǎn)為NH3取樣點(diǎn)。其中每個(gè)NH3取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的NOx濃度近似于整個(gè)煙道截面的NOx平均值。SCR出口煙道各測點(diǎn)的氨濃度值，用濕化學(xué)方法逐點(diǎn)測量。根據(jù)吸收液中氨濃度和煙氣流量、氧濃度算出各測點(diǎn)處煙氣中的NH3濃度（干基）。

3.2 試驗(yàn)流程

具體流程如下：做好試驗(yàn)準(zhǔn)備工作后，通知集控運(yùn)行人員設(shè)置好噴氨參數(shù)并進(jìn)行噴氨操作，待DCS檢測到出口NOx、O2、NH3參數(shù)穩(wěn)定后，利用現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行實(shí)測。然后將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出NOx濃度分布，將其與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比對(duì)，做好調(diào)整前的就地噴氨閥門標(biāo)記。接下來根據(jù)濃度分布情況有針對(duì)性地調(diào)整各處閥門，待調(diào)整完地出口各參數(shù)穩(wěn)定后進(jìn)行實(shí)測并進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。重復(fù)上述調(diào)整工作，直至測量后計(jì)算出的NOx濃度分布符合設(shè)計(jì)要求為止，噴氨調(diào)整工作完成。

試驗(yàn)方法：利用預(yù)留的煙氣采樣孔，采用網(wǎng)格法布點(diǎn)，進(jìn)行煙氣進(jìn)出口溫度場、流場測試。采用網(wǎng)格法測量各點(diǎn)的煙氣動(dòng)壓、靜壓、煙溫和煙氣濕度，計(jì)算出煙氣流量（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，6%O2）。

NO、O2濃度分布：在SCR反應(yīng)器的進(jìn)出口煙道采用已確定的等截面網(wǎng)格法布置煙氣測點(diǎn)，進(jìn)出口各布置一套煙氣分析設(shè)備。煙氣經(jīng)采樣槍引出煙道，經(jīng)過煙氣凈化（除塵、除濕、冷卻）等處理，再接入煙氣分析設(shè)備進(jìn)行分析。利用兩套煙氣分析設(shè)備同時(shí)在反應(yīng)器的進(jìn)出口逐點(diǎn)獲取煙氣樣品，分析煙氣中的NO及O2含量，進(jìn)而求出煙道截面的NOx濃度分布。最后利用NOx濃度的算術(shù)平均值計(jì)算脫硝效率。

NH3逃逸濃度：根據(jù)每臺(tái)反應(yīng)器出口截面的NOx濃度分布，取代表點(diǎn)為NH3取樣點(diǎn)。其中每個(gè)NH3取樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的NOx濃度近似于整個(gè)煙道截面的NOx平均值。SCR出口煙道各采樣點(diǎn)的NH3濃度值參照EPA的CTM-027標(biāo)準(zhǔn)（采用濕化學(xué)方法逐點(diǎn)測量）。根據(jù)吸收液中的氨濃度、煙氣流量、氧濃度計(jì)算各采集點(diǎn)處煙氣中的NH3濃度（干基）。

其他試驗(yàn)項(xiàng)目：試驗(yàn)過程中，采集機(jī)組DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)、記錄鍋爐主要的運(yùn)行參數(shù)（如負(fù)荷、主汽流量等），并監(jiān)測脫硝系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)（如氨氣流量、SCR進(jìn)出口的NO/O2濃度、氨逃逸等）。

3.3 理論計(jì)算

該文試驗(yàn)涉及的理論計(jì)算包括煙道截面NO濃度分布均勻性[1]、SCR脫硝效率的計(jì)算[2]、氨逃逸濃度的計(jì)算以及煙氣流速、流量的計(jì)算。

3.3.1 煙道截面NO濃度分布均勻性

利用上述方法可以獲得煙道截面各點(diǎn)煙氣中NO濃度含量，取其算術(shù)平均值作為該截面處的NO濃度值，并用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差CV值表示NO分布均勻情況，具體如公式（1）~公式（3）所示。

式中：NOi為截面各點(diǎn)NO濃度值（折算至6%O2條件下），為截面處NO濃度平均值（折算至6%O2條件下），μL/L；δ為NO濃度分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，μL/L；CV為NO濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，%。

3.3.2 SCR脫硝效率的計(jì)算

SCR進(jìn)出口截面NOx濃度根據(jù)公式（4）~公式（6）進(jìn)行計(jì)算，并折算至6%O2下。

式中：NOx,in為反應(yīng)器進(jìn)口截面的NOx濃度，mg/m3；NOx,out為反應(yīng)器出口的截面NOx濃度，mg/m3；O2，act為實(shí)測的O2濃度；η為SCR脫硝效率，%。

3.3.3 氨逃逸濃度的計(jì)算

在計(jì)算氨逃逸濃度前，先將各點(diǎn)值折算至6%O2基準(zhǔn)下，然后取平均值作為考核指標(biāo)，具體如公式（7）所示。

式中：CNH3為折算到6%O2下氨逃逸濃度，μL/L；CNH3act，O2為實(shí)測氨逃逸濃度，μL/L。

3.3.4 煙氣流速、流量的計(jì)算

煙氣流速的計(jì)算如公式（8）所示。

式中：US為煙氣平均流速，m/s；Kp為皮托管校正系數(shù)；Pd為測點(diǎn)處煙氣動(dòng)壓，Pa；ts為煙氣溫度，℃。

煙氣流量的計(jì)算如公式（9）所示。

式中：qvs為濕煙氣排放量，m3/h；A為煙道測試處斷面面積，m2；Us為測定斷面的平均煙氣流速，m/s。

標(biāo)態(tài)下干煙氣量的計(jì)算如公式（10）所示。

式中：qvsnd為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干煙氣流量，m3/h；Xsw為煙氣中水分含量體積百份數(shù)，%；ts為煙氣溫度，℃；Ba為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，Pa；Ps為測點(diǎn)處煙氣靜壓，Pa。

3.4 試驗(yàn)過程及結(jié)論

根據(jù)摸底測試結(jié)果可知：噴氨優(yōu)化調(diào)整前，機(jī)組100%負(fù)荷下，實(shí)測SCR入口NOx平均濃度為356mg/m3，出口NOx平均濃度為49mg/m3，平均脫硝效率為86.2%。此時(shí)，SCR反應(yīng)器出口NOx濃度分布均勻性較差，SCR出口A側(cè)反應(yīng)器NOx濃度分布呈現(xiàn)A1測孔偏高，A5測孔深度方向異常偏高的趨勢。而SCR出口B側(cè)反應(yīng)器NOx濃度分布呈現(xiàn)B1、B2測孔淺處異常偏低的趨勢。試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得出入口處A側(cè)CV值為2.5%，B側(cè)CV值為3.2%。出口處A側(cè)CV值為20.5%，B側(cè)CV值為29.3%。根據(jù)摸底試驗(yàn)計(jì)算出的CV值可以看出流場均勻性較差。

AIG優(yōu)化調(diào)整結(jié)果如下。根據(jù)摸底測試測得反應(yīng)器出口NOx濃度分布情況，對(duì)AIG噴氨格柵不同支管的手動(dòng)閥門開度或流量進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)節(jié)。經(jīng)多次噴氨調(diào)整后，根據(jù)校核測試工況（ST-01~ST-02）可知，機(jī)組100%負(fù)荷下，A、B側(cè)出口NOx濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差CV值分別為10.4%、13.9%；機(jī)組85%負(fù)荷下，A、B側(cè)出口NOx濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差CV值分別為12.5%、13.8%。

優(yōu)化后NOx溶度評(píng)價(jià)如下。通過對(duì)照SCR反應(yīng)器出口NOx濃度分布CV值可看出，兩個(gè)反應(yīng)器出口截面NOx分布均勻性得到明顯改善，并趨于穩(wěn)定。反應(yīng)器各側(cè)出口NOx濃度分布CV值均小于15%，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

優(yōu)化調(diào)整后氨逃逸評(píng)估情況如下。機(jī)組100%負(fù)荷下，A、B側(cè)反應(yīng)器出口截面NOx濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差由調(diào)整前的20.5%、29.3%分別降低到調(diào)整后的10.4%、13.9%，氨逃逸平均濃度為2.12μL/L。機(jī)組85%負(fù)荷下，A、B側(cè)反應(yīng)器出口截面NOx濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為8.5%、14.0%，氨逃逸平均濃度為1.85μL/L。調(diào)平后反應(yīng)器出口NOx及NH3濃度分布如圖1和圖2所示。

圖1 85 調(diào)平后反應(yīng)器出口NOx及NH3濃度分布（85%負(fù)荷）

圖2 調(diào)平后反應(yīng)器出口NOx及NH3濃度分布（100%負(fù)荷）

4 結(jié)語

噴氨格柵調(diào)整后，建議機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行時(shí)以煙囪出口NOx排放不超標(biāo)為控制依據(jù)，脫硝效率不宜控制過高。

由于SCR脫硝系統(tǒng)流場變化的復(fù)雜性，造成反應(yīng)器出口NOx濃度均勻性很難保證，因此建議電廠定期組織對(duì)噴氨格柵進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，不斷保持并優(yōu)化反應(yīng)器出口NOx濃度分布均勻性，控制好氨逃逸量，減輕對(duì)下游設(shè)備特別是對(duì)空預(yù)器的影響。

煤質(zhì)的變化及鍋爐燃燒調(diào)整對(duì)鍋爐出口NOx影響很大，在后續(xù)機(jī)組運(yùn)行中盡量保證燃燒煤質(zhì)的穩(wěn)定性，鍋爐燃燒調(diào)整中運(yùn)行人員要找到適合煤種燃燒的風(fēng)量配比模式。