張 浩

（國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209）

0 引言

隨著我國(guó)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，電廠陸續(xù)完成了超低排放改造，但電廠自身成本的壓力，又迫使電廠必須在成本與效益之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，在保證環(huán)保排放達(dá)標(biāo)的情況下如何降低液氨的消耗量也逐漸成為各個(gè)電廠研究的首要任務(wù)。加強(qiáng)脫硝系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化管理，保證脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行，合理控制脫硝系統(tǒng)參數(shù)，達(dá)到節(jié)能環(huán)保一體化。而且，能源供應(yīng)緊張，液氨價(jià)格持續(xù)走高，供應(yīng)形勢(shì)嚴(yán)峻，氨站庫(kù)存減少，直接影響熱電廠的節(jié)能減排工作及經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效應(yīng)。由于液氨用量過(guò)多，會(huì)存在氨逃逸超標(biāo)，在脫硝反應(yīng)的產(chǎn)物中有硫酸氫氨存在，硫酸氫氨在146～207 ℃為黏稠的液態(tài)，煙塵會(huì)粘附在空預(yù)器的受熱面上，造成空預(yù)器差壓增大，威脅到鍋爐燃燒穩(wěn)定及風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行，同時(shí)會(huì)造成風(fēng)煙系統(tǒng)阻力增加、風(fēng)機(jī)耗電量增加、機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降的問(wèn)題，因此在運(yùn)行中必須嚴(yán)格控制脫硝系統(tǒng)液氨消耗量。

1 系統(tǒng)介紹

國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司布連電廠的鍋爐本體，是北京巴布科克·威爾科克斯有限公司設(shè)計(jì)、聯(lián)合制造的超超臨界變壓運(yùn)行本生直流鍋爐，鍋爐為螺旋爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸 吊結(jié)構(gòu)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、Π形鍋爐、緊身封閉布置燃煤鍋爐。鍋爐采用低氮雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，本燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)了NOx噴口，利用空氣分級(jí)燃燒原理進(jìn)一步控制煙氣中NOx的生成量，其通過(guò)風(fēng)箱引入的二次風(fēng)及時(shí)的與爐膛煙氣混合，使進(jìn)入爐膛的煤粉完全燃燒。布連電廠氨站是為布連電廠兩臺(tái)660 MW 機(jī)組脫硝工程而建立，為1#、2#機(jī)組脫硝系統(tǒng)的SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原法）反應(yīng)器提供蒸發(fā)氣氨。氨站系統(tǒng)由汽車(chē)裝卸區(qū)、液氨貯存區(qū)和液氨蒸發(fā)區(qū)3 個(gè)部分組成，建設(shè)規(guī)模液氨存儲(chǔ)能力2×100 m3；氣氨蒸發(fā)能力為2×455 kg/h，設(shè)計(jì)一用一備。機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，噴氨量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致噴入的氨氣與煙氣不能完全混合均勻，造成空預(yù)器壓差緩慢上升，嚴(yán)重時(shí)將影響機(jī)組出力。通過(guò)收集鍋爐運(yùn)行過(guò)程中脫硝系統(tǒng)數(shù)據(jù)，利用2#機(jī)組A 修期間進(jìn)入尾部煙道對(duì)脫硝系統(tǒng)催化劑、吹灰系統(tǒng)、供氨噴嘴等其他附件進(jìn)行詳細(xì)檢查，分析脫硝系統(tǒng)噴氨量大的原因，采取了必要的措施，以降低脫硝系統(tǒng)氨消耗量，實(shí)現(xiàn)滿足環(huán)保要求、節(jié)約能源的目的。

2 660 MW 機(jī)組脫硝系統(tǒng)脫硝工作原理

目前的脫硝方法主要有SCR、SNCR（Selective Non-Catalytic-Reduction，選擇性非催化還原）、濕法氧化、高分子、HCR 復(fù)合脫硝劑、氨法等，布連電廠的脫硝方法主要是SCR。SCR 技術(shù)是將SCR 反應(yīng)器布置在火電機(jī)組鍋爐尾部煙道省煤器和空氣預(yù)熱器之間，煙氣垂直進(jìn)入SCR 反應(yīng)器，經(jīng)過(guò)各層催化劑模塊將NOx還原為無(wú)害的N2、H2O[1]。上述反應(yīng)溫度可以在300～400 ℃進(jìn)行，脫硝效率約為70%～90%。

選擇性是指在催化劑的作用和在氧氣存在條件下，NH3優(yōu)先和NOx發(fā)生還原脫除反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?，而不和煙氣中的氧進(jìn)行氧化反應(yīng)，其主要反應(yīng)式為：

3 脫硝系統(tǒng)耗氨量大的原因

3.1 催化劑長(zhǎng)期未更換導(dǎo)致的失效、積灰

脫硝效率的高低與脫硝系統(tǒng)催化劑是否積灰關(guān)系密切，催化劑積灰主要發(fā)生在迎煙氣側(cè)上層。這種積灰會(huì)造成催化劑孔隙堵塞，使煙氣與催化劑接觸面積減少，煙氣只能通過(guò)未堵塞部分流通，從而造成未堵塞部位煙氣流速增加，使未堵塞部分催化劑局部沖刷嚴(yán)重，長(zhǎng)期積灰將會(huì)導(dǎo)致部分催化劑與煙氣完全無(wú)法接觸反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致煙氣內(nèi)NOx分布不均，局部噴氨量過(guò)多造成脫硝系統(tǒng)耗氨量增加。

在2#機(jī)組A 修期間打開(kāi)尾部煙道進(jìn)行催化劑積灰檢查，發(fā)現(xiàn)催化劑積灰嚴(yán)重。2#機(jī)組原計(jì)劃于2019 年C 修期間更換脫硝系統(tǒng)催化劑，由于受疫情影響無(wú)法更換，延期至2020 年2#機(jī)組A 修才更換催化劑，此時(shí)催化劑活性早已大幅降低。

本次A 修檢查發(fā)現(xiàn)催化劑積灰嚴(yán)重，由此可以判斷催化劑失效積灰造成噴氨量過(guò)大。

3.2 脫硝系統(tǒng)兩側(cè)調(diào)門(mén)未投自動(dòng)

為保證NOx有較高的脫除率，達(dá)標(biāo)環(huán)保排放要求，又減少氨的逃逸率，降低空預(yù)器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，必須調(diào)節(jié)控制好氨氣流量。然而燃煤鍋爐燃燒過(guò)程比較復(fù)雜，燃煤來(lái)源、燃燒調(diào)整、負(fù)荷變化幅度等針造成NOx濃度大幅變化。脫硝系統(tǒng)供氨調(diào)節(jié)門(mén)投自動(dòng)跟蹤SCR 出口6%氧氣濃度下反應(yīng)器出口NOx濃度，根據(jù)NOx的變化設(shè)定不同的數(shù)值，維持出口NOx濃度小于50 mg/Nm3。負(fù)荷變化只需改變脫硝系統(tǒng)調(diào)門(mén)設(shè)定值即可，不需過(guò)多干預(yù)。通過(guò)調(diào)取一些電廠歷史曲線，對(duì)比發(fā)現(xiàn)供氨調(diào)門(mén)投自動(dòng)前后日耗氨量變化明顯。

3.3 磨組運(yùn)行方式改變

通過(guò)調(diào)取歷通過(guò)調(diào)取歷時(shí)曲線，選擇機(jī)組負(fù)荷同為600 MW、氧含量同為3%時(shí)，一臺(tái)上層制粉系統(tǒng)運(yùn)行和兩臺(tái)上層制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)對(duì)脫硝入口NOx和耗氨量的影響（表1）。根據(jù)表1 可知，脫硝兩側(cè)耗氨量大小與上層制粉系統(tǒng)運(yùn)行臺(tái)數(shù)關(guān)系密切，兩臺(tái)上層制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，脫硝系統(tǒng)兩側(cè)耗氨量明顯高于一臺(tái)上層制粉系統(tǒng)運(yùn)行。兩臺(tái)上層制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于火焰中心位置升高，煤粉燃燒滯后，產(chǎn)生的熱力型NOx大幅增加，脫硝系統(tǒng)入口NOx增加，脫硝系統(tǒng)耗氨量增加，每日耗氨量增加較多。

表1 磨組運(yùn)行方式與耗氨量關(guān)系

3.4 運(yùn)行過(guò)程中氧含量高

由表2 可知，隨著氧含量的增加，脫硝系統(tǒng)入口NOx濃度及噴氨量也隨著氧含量的增加而增加，氧含量越大噴氨量也越大。因?yàn)樵谌紵^(guò)程中，適當(dāng)降低氧含量可以使鍋爐燃燒的過(guò)量空氣系數(shù)減少。在整個(gè)燃燒過(guò)程中燃燒處于微缺氧燃燒狀態(tài)，那么煤中的氮元素與空氣接觸面積減小，通過(guò)燃燒生成的NOx量就會(huì)減小，因此在機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中氧含量高是噴氨量增加的主要原因。

表2 機(jī)組負(fù)荷600 MW 時(shí)氧含量與耗氨量調(diào)查

3.5 噴氨手動(dòng)調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度不合理

由于鍋爐尾部煙道煙氣流場(chǎng)分布不均，需調(diào)整脫硝系統(tǒng)手動(dòng)調(diào)節(jié)擋板開(kāi)度，調(diào)整依據(jù)為脫硝系統(tǒng)A 側(cè)、B 側(cè)出口各測(cè)點(diǎn)位置氣體濃度，以確定一個(gè)最佳位置開(kāi)度。機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)，測(cè)量脫硝系統(tǒng)A、B 兩側(cè)的氣體濃度，A 側(cè)出口各氣體濃度不存在為“0”區(qū)域，B 側(cè)4#、5#、6#測(cè)點(diǎn)NO 濃度為0（表3）。煙氣中90%～95%的NOx以NO 的形式存在，因此測(cè)量NO 濃度即可得出脫硝系統(tǒng)出口的NOx濃度。

表3 脫硝系統(tǒng)B 側(cè)出口各測(cè)點(diǎn)位置氣體濃度分布

由表3 可知，脫硝系統(tǒng)B 側(cè)出口測(cè)點(diǎn)4#、5#、6#測(cè)點(diǎn)位置測(cè)得NO 的濃度為0，即可判斷出脫硝系統(tǒng)B 側(cè)存在過(guò)度噴氨現(xiàn)象。

4 脫硝系統(tǒng)尿素消耗量大的處理措施

4.1 更換催化劑和增加聲波吹灰器

利用停機(jī)檢修機(jī)會(huì)，將催化劑全部更換為新型催化劑，安裝過(guò)程中注意安裝位置正確。脫硝催化劑屬于易碎產(chǎn)品，因此在運(yùn)輸過(guò)程中需要注意。布連電廠鍋爐脫硝系統(tǒng)只有在鍋爐前墻有10 支聲波吹灰器，后墻未設(shè)置聲波吹灰器，在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中由于吹灰靠近前墻一側(cè)，從而造成后墻一側(cè)大量積灰，從而導(dǎo)致煙氣通過(guò)催化劑時(shí)各部分流速分布不均。對(duì)脫硝系統(tǒng)后墻每層催化劑設(shè)置10 支聲波吹灰器后，停機(jī)檢修檢查發(fā)現(xiàn)積灰各部分比較均勻，更換催化劑和加裝聲波吹灰器后，在入口NOx相差不大情況下耗氨量明顯下降[2]。

4.2 脫硝系統(tǒng)兩側(cè)調(diào)門(mén)投入自動(dòng)

脫硝系統(tǒng)兩側(cè)調(diào)門(mén)未投入自動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷變化過(guò)程中調(diào)整不及時(shí)，耗氨量過(guò)多，通過(guò)對(duì)脫硝系統(tǒng)兩側(cè)調(diào)門(mén)線性度進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且邏輯中引入脫硝系統(tǒng)入口NOx變化作為前饋，在保證出口NOx均值滿足環(huán)保要求情況下，調(diào)整動(dòng)作靈敏可靠。

4.3 改變磨組運(yùn)行方式

以600 MW 機(jī)組為例，通常每臺(tái)鍋爐配備6 臺(tái)制粉系統(tǒng)，B磨、D 磨為上層磨，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)通常運(yùn)行一臺(tái)上層磨，在事故情況下或其他磨煤機(jī)檢修情況下會(huì)出現(xiàn)兩臺(tái)上層制粉系統(tǒng)運(yùn)行。機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，兩臺(tái)上層制粉系統(tǒng)運(yùn)行不可避免，可以控制的是檢修部根據(jù)每臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行小時(shí)數(shù)。應(yīng)對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行合理檢修，盡量避免兩臺(tái)上層制粉系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行。

4.4 運(yùn)行中降低鍋爐氧含量

在機(jī)組負(fù)荷變化過(guò)程中，在保證鍋爐燃燒所需的氧含量下，適當(dāng)降低鍋爐氧含量，如機(jī)組負(fù)荷600 MW 時(shí)氧含量調(diào)整為3.0%左右?，F(xiàn)將機(jī)組負(fù)荷600 MW 時(shí)氧含量調(diào)整為2.5%左右，觀察鍋爐爐膛結(jié)焦情況以及取灰樣化驗(yàn)分析，爐膛結(jié)焦情況以及灰樣中煤粉量未完全增加。

4.5 調(diào)節(jié)脫硝系統(tǒng)噴氨擋板開(kāi)度

因脫硝系統(tǒng)B 側(cè)存在過(guò)度噴氨現(xiàn)象，現(xiàn)將其對(duì)側(cè)、A 側(cè)的擋板各開(kāi)大10°，之后測(cè)得B 側(cè)出口4#、5#、6#測(cè)點(diǎn)處NO 濃度分別為2×10-6、1×10-6、2×10-6，不再為0，由此可知B 側(cè)過(guò)度噴氨現(xiàn)象消失。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，脫硝系統(tǒng)耗氨量多少，不僅與環(huán)保安全相關(guān)，還與鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系密切，耗氨量過(guò)多將會(huì)堵塞鍋爐空預(yù)器、使空預(yù)器差壓增加，同時(shí)造成送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)出力增加，機(jī)組帶負(fù)荷能力下降，不利于鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在鍋爐運(yùn)行中相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步探索降低耗氨量方法、途徑，以保障鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行。