艾 峰，詹 建，張 庚，李明磊，胡友元，方朝君

(1.國家電投集團蕪湖發(fā)電有限責任公司，安徽 蕪湖 241009；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054；3.蘇州西熱節(jié)能環(huán)保技術有限公司，江蘇 蘇州 215153)

0 引言

選擇性催化還原(SCR)技術是燃煤電廠廣泛應用的煙氣脫硝技術，隨著設備運行年限增加，催化劑活性下降、噴氨噴嘴堵塞、導流板變形、燃燒變化等均會導致SCR脫硝裝置的脫硝性能逐漸降低[1-2]。在超低排放標準要求下，這些問題會導致NOx排放易超標、氨逃逸過大、空預器阻力上升，進一步影響脫硝系統(tǒng)的安全經濟運行[3-4]。因此，需要對SCR脫硝裝置進行定期性能試驗，掌握設備性能，及時給出提效或改造建議。

下面在對某機組SCR脫硝裝置進行定期性能試驗的基礎上，對歷年數據進行分析，發(fā)現其SCR脫硝裝置性能下降明顯，進一步對裝置進行診斷測試，并提出改造建議。

1 研究方法

1.1 研究對象

試驗在國內某660 MW機組展開，配套鍋爐為前后墻對沖燃燒爐，燃燒器布置方式為前后墻各布置三層，每一層單墻布置6只燃燒器，SCR脫硝裝置設兩臺反應器，布置在省煤器與空預器之間。

反應器內催化劑按照“2+1”方式布置，現有三層催化劑均為2017年5月安裝。SCR脫硝裝置設計入口NOx濃度為400 mg/m3，提效改造后保證脫硝效率不低于90 %。

1.2 測試內容及方法

性能試驗于2015年、2016年、2017年、2018年、2019年進行，在SCR脫硝裝置進出口進行測試，主要測試項目有反應器進出口的NO，O2濃度、出口氨逃逸濃度、系統(tǒng)阻力等。診斷測試于2020年進行，在SCR脫硝裝置進出口進行測試，主要測試項目有進出口煙氣流速分布，NO，O2濃度及煙氣溫度。為了保證數據的可靠性、準確性，取樣均采用網格法進行測試。診斷測試的工況如表1所示。

表1 診斷測試工況

1.3 數據處理

在機組額定負荷下，煙氣流量和煙氣溫度確定時，利用現場測試的數據，采用式(1)評估宏觀的脫硝反應器潛能P。脫硝反應器潛能既可以用于反映當前實際煙氣條件下的整體性能狀態(tài)，預測機組額定負荷下氨逃逸上限所對應的最大安全脫硝效率，也可以作為過程數據用于脫硝裝置提效改造預測和評估[5，6]。

式中：P——反應器潛能；η——脫硝效率，%；n——NH3與NOx的物質的量的比。

2 結果與分析

2.1 潛能變化

額定負荷下，機組潛能變化如圖1所示，曲線呈先升后降的趨勢，潛能較前一年的變化分別為-9.6 %，34 %，-8.2 %，-10.6 %，2017年機組潛能提升34%是因為更換了新催化劑，之后連續(xù)下降。

圖1 額定負荷下機組潛能變化曲線

根據宋玉寶等對60余臺機組SCR反應器測試數據，潛能隨運行時間劣化趨勢通常為6 %～8 % (每8 000 h)[7]，試驗機組的年運行時間約為6 480 h，那么新催化劑安裝后，2017—2019年潛能下降折算后的數值為11.1 % (每8 000 h)，下降較快。

潛能下降原因較多，通常有催化劑活性下降、現場進出口NOx濃度分布不均、流速分布不均等原因。對機組在役催化劑進行實驗室性能檢測，檢測結果表明催化劑活性衰減速率較低，遠低于潛能下降速率，表明潛能下降主要原因不是由于催化劑活性下降。

通過對現場測試數據分析發(fā)現，多個工況出現脫硝出口NOx濃度分布不均，局部氨逃逸過高的問題。對SCR脫硝裝置進行噴氨優(yōu)化，可以改善脫硝出口NOx濃度分布不均的問題[8，9]，但是優(yōu)化過程中發(fā)現隨著機組負荷變化和磨組合運行方式變化，出口NOx濃度分布變化較大，即噴氨格柵對機組負荷和磨組合的適應性較差，很難實現同一閥門開度下脫硝出口NOx濃度分布在不同負荷和磨組合下分布均勻。

進一步對脫硝裝置進行診斷測試，分析脫硝出口NOx濃度分布變化的原因。

2.2 SCR入口NOx濃度分布

根據不同負荷和磨組合下SCR入口NOx濃度分布圖，可以看出，SCR入口NOx濃度分布的規(guī)律是類似的，均為靠鍋爐中心線區(qū)域NOx濃度分布較高，靠反應器兩側墻區(qū)域NOx濃度分布較低。

但是，不同負荷和磨組合下，分布偏差存在差異，660 MW負荷下，ACDEF磨組合時(T-03)，SCR入口NOx濃度分布相對標準偏差最大，為15 %；BCDEF磨組合下(T-04)，SCR入口NOx濃度分布相對標準偏差最小，為4 %。350 MW和480 MW均為CDEF磨組合，但是SCR入口NOx濃度分布相對標準偏差在350 MW負荷時(T-01)為11 %，在480 MW負荷時(T-02)為5 %，差異明顯。

SCR出口NOx濃度分布與入口存在著對應關系，根據不同負荷和磨組合下SCR出口NOx濃度分布圖，可以看出，以T-01為比較基準，T-02工況下，反應器入口NOx濃度兩側墻區(qū)與鍋爐中心線區(qū)域偏差較小，因此，T-02出口NOx濃度呈現了中間低兩側高的趨勢；T-03工況下，反應器入口NOx濃度兩側墻區(qū)與鍋爐中心線區(qū)域偏差極大，因此，T-03出口NOx濃度呈現了中間高兩側低的趨勢；同理，T-04工況下，反應器入口NOx濃度偏差不大，但是兩側整體偏差較大，因此出口NOx濃度呈現A反應器整體高于B反應器的分布。

從進出口NOx濃度分布可以看出，負荷和磨組合的變化對出口NOx濃度分布影響極大，即噴氨格柵對機組負荷和磨組合的適應性較差，很難實現同一閥門開度下脫硝出口NOx濃度在不同負荷下分布均勻。由此帶來局部氨逃逸濃度增加、脫硝反應器潛能下降一系列問題。

2.3 SCR進出口煙氣流速分布

根據不同負荷和磨組合下SCR入口煙氣流速濃度分布圖，可以看出，SCR入口煙氣流速分布的規(guī)律是類似的：在深度方向上，機組不同負荷下SCR入口煙氣流速均呈現前墻煙氣流速較低，后墻煙氣流速較高的分布規(guī)律；在寬度方向上，機組不同負荷下SCR入口煙氣流速均呈現靠鍋爐中心線及反應器外側偏高的分布規(guī)律。

為了測試SCR反應器導流板的作用，對不同負荷和磨組合下SCR出口煙氣流速分布進行測試。顯然，經過SCR反應器，煙氣流速分布規(guī)律沒有改變，其分布規(guī)律與SCR入口煙氣流速分布規(guī)律是一樣的：在深度方向上，機組不同負荷下SCR出口煙氣流速均呈現前墻煙氣流速較低，后墻煙氣流速較高的分布規(guī)律；在寬度方向上，機組不同負荷下SCR出口煙氣流速均呈現靠鍋爐中心線及反應器外側偏高的分布規(guī)律。因此，SCR反應器入口導流板沒有對煙氣流速分布起到改善作用。

2.4 改造建議

通過以上分析可知，由于機組不同負荷和磨組合下SCR入口煙氣流速及NOx濃度分布偏差較大，導致噴氨格柵對負荷的適應性較差，從而造成反應器出口局部NOx濃度偏低，氨逃逸偏高，因此建議在SCR入口加裝煙氣混合裝置，并優(yōu)化導流板布置，提高機組不同運行工況下SCR入口煙氣NOx濃度及流場分布均勻性。

建議改造方案為：在省煤器出口斜煙道安裝新設計三角翼型煙氣混合器，該煙氣混合器可以加強省煤器出口煙氣混合，減小不同負荷下SCR入口NOx濃度在寬度和深度方向的偏差；同時在SCR頂部水平煙道擴口進、出口處各優(yōu)化1組導流板，拆除入口罩煙道原導流板并安裝新設計的1組導流板，通過導流板優(yōu)化，減小SCR入口煙氣流速偏差。

3 結論

在對某機組SCR脫硝裝置進行定期性能試驗的基礎上，對歷年數據進行分析，對發(fā)現的問題進行診斷測試，并提出改造建議，研究結果表明：

(1) 脫硝裝置潛能下降幅度較大，對現場測試數據分析發(fā)現，脫硝出口NOx濃度分布不均，局部氨逃逸過高是主要原因。

(2) 對SCR脫硝裝置進行噴氨優(yōu)化改進，可以改善脫硝出口NOx濃度分布不均的問題，但是優(yōu)化過程中發(fā)現隨著機組負荷變化和磨組合運行方式變化，出口NOx濃度分布變化較大，即噴氨格柵對機組負荷和磨組合的適應性較差，很難實現同一閥門開度下脫硝出口NOx濃度在不同負荷下分布均勻。

(3) 診斷測試結果表明，機組不同負荷下SCR入口煙氣流速及NOx濃度分布偏差較大，導致噴氨格柵對負荷的適應性較差，從而造成反應器出口局部NOx濃度偏低，氨逃逸偏高，因此建議在省煤器出口安裝三角翼型煙氣混合器，同時對SCR入口導流板進行優(yōu)化，提高機組不同運行工況下SCR入口煙氣NOx濃度及流場分布均勻性。