趙順治

（華陽(yáng)電業(yè)有限公司廈門分公司，福建 廈門 361026）

1 福建某電廠600 MW CE 鍋爐SCR 脫硝系統(tǒng)觸媒（催化劑）升級(jí)改造

1.1 工程簡(jiǎn)介

福建某電廠600 MW CE 鍋爐原脫硝性能為“反應(yīng)器入口NOX濃度為150 ppm，出口濃度90 ppm，脫硝效率40%”，為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)對(duì)原有的脫硝系統(tǒng)進(jìn)行改善；改善后脫硝性能為“反應(yīng)器入口NOX濃度為220 ppm，出口濃度40 ppm，脫硝效率81.8%”。該電廠委托長(zhǎng)春凱希環(huán)保有限責(zé)任公司對(duì)SCR 系統(tǒng)進(jìn)行了如下改造：①拆除現(xiàn)有觸媒層，更換新觸媒層（業(yè)主自行采購(gòu)）；②對(duì)觸媒層的空間布局進(jìn)行了重新規(guī)劃，在已有的觸媒層之上增加一層，并在新的觸媒層之上留出一層；③增加音波吹灰裝置；④重新設(shè)計(jì)噴氨格柵；⑤重新設(shè)計(jì)煙氣導(dǎo)流板。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)（見表1）

表1 脫硝系統(tǒng)入口煙氣參數(shù)

SCR 脫硝系統(tǒng)性能運(yùn)行保障參數(shù)如下：脫銷效率應(yīng)保障在大于或等于81.8%；氨逃逸率應(yīng)保持在小于或等于5 ppm；一氧化氮和二氧化氮轉(zhuǎn)化率應(yīng)保持在小于或等于1%；統(tǒng)觸媒層阻力損失應(yīng)保持在小于或等于600 Pa。

1.3 改造部分說明

1.3.1 觸媒層改造和觸媒安裝

根據(jù)BHK 提供觸媒布置方案，將現(xiàn)有的一層觸媒（標(biāo)高 FL.+25650）改為兩個(gè)催化劑（FL.+25650和 FL.+29080），并且將原有催化劑去掉，但是仍保持原來的 FL.+25650 層催化劑支架，以便新催化劑單元的安裝。因?yàn)樾录拥拇呋瘎┰?FL.+25650 中的質(zhì)量要大于原來催化劑，因此必須根據(jù)新催化劑負(fù)載來對(duì)原來催化劑層的支架進(jìn)行檢查。經(jīng)分析，目前催化劑層承載力已能達(dá)到新催化劑負(fù)載要求。標(biāo)高FL.+29080 層新增加一層觸媒支撐，用于安裝上部新增觸媒及三年后將保留催化層數(shù)，因原有 FL.+28050及 FL.+30450 兩個(gè)層間相互干擾，需移除。隨著舊的觸媒一同被拆卸下來，在進(jìn)行新的觸媒的安裝時(shí)，要根據(jù) BHK 給出的參照材料對(duì)密封板進(jìn)行重新設(shè)計(jì)并制造，因此，在FL.+25650 層和 FL.+29086 層進(jìn)行新觸媒的安裝時(shí)，都要對(duì)其進(jìn)行新的密封板進(jìn)行安裝，而原來 FL.+25650 層的觸媒安裝軌道仍將保持不變，但在將老觸媒拆卸下來之后，必須對(duì)其進(jìn)行徹底的檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)存在變形等異常情況，就必須對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理，以便達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

1.3.2 增加音波吹灰裝置

改造前后SCR 裝置的操作狀況表明，原有催化劑層內(nèi)及催化劑表面存在較多的積垢，對(duì)裝置的安全性構(gòu)成了威脅。針對(duì)SCR 反應(yīng)器內(nèi)飛灰堆積問題，提出在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置一種新型的非對(duì)稱吹灰系統(tǒng)，并利用音波吹灰技術(shù)對(duì)反應(yīng)器內(nèi)飛灰進(jìn)行處理。

1.3.3 更新注氨格柵

外包人員全面檢查原注氨格柵后發(fā)現(xiàn)，原注氨格柵因?yàn)殚L(zhǎng)期在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于沖刷、磨損和腐蝕比較嚴(yán)重，有些管線出現(xiàn)了滲漏，無(wú)法再持續(xù)使用，因此，將原來的注氨網(wǎng)全部拆除更換。注氨格柵材料由原碳鋼更換為SUS304 不銹鋼，進(jìn)一步提高防腐蝕性能。

1.3.4 增設(shè)導(dǎo)流板

SCR 入口處導(dǎo)流板對(duì)提高 SCR 內(nèi)空氣分配均勻度起著重要的作用。通過對(duì)改進(jìn)之前SCR 的性能測(cè)試，對(duì)其進(jìn)行了全面的分析，得出結(jié)論：SCR 內(nèi)的煙量非常不均衡，離鍋爐較近的一側(cè)流速低，煙氣量小，離EP 較近的一側(cè)流速高，煙氣量大，這是造成 SCR 堵塞的主要因素之一。本次改造在SCR 入口處增設(shè)導(dǎo)流板。

1.3.5 稀釋風(fēng)管道及閥門改造

原有稀釋風(fēng)流量不能滿足改造后的設(shè)計(jì)要求，而且只有一路稀釋風(fēng)來源?，F(xiàn)稀釋風(fēng)系統(tǒng)改造分為兩部分，一是將舊管道及閥門拆除，新安裝管道及閥門直徑由DN400 改為DN500；二是增加一路稀釋風(fēng)來源，從一次冷風(fēng)管道接入，這樣稀釋風(fēng)系統(tǒng)來源由送風(fēng)機(jī)出口及一次風(fēng)機(jī)出口組成，從而增強(qiáng)了稀釋風(fēng)系統(tǒng)的安全性。

2 CE 鍋爐SCR 脫硝裝置噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

2.1 SCR 脫硝裝置噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)項(xiàng)目

①預(yù)備試驗(yàn)：實(shí)測(cè) SCR 反應(yīng)器進(jìn)、出口 NO/O2濃度，與在線 NO/O2分析儀的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，為正式試驗(yàn)準(zhǔn)備。②摸底測(cè)試：鍋爐 75%負(fù)荷下，測(cè)試SCR 反應(yīng)器進(jìn)、出口的 NO/O2濃度和氨逃逸濃度分布，初步脫硝裝置的脫硝效率和氨噴射流量分配狀況。③AIG 調(diào)整優(yōu)化：鍋爐 75% 負(fù)荷下，根據(jù) SCR 反應(yīng)器出口斷面上的 NO/O2濃度分布，調(diào)整 AIG 各噴氨分支管蝶閥的開度，使反應(yīng)器出口的NOX濃度分布更加均勻。④AIG 調(diào)整校核：在鍋爐 100%、50%負(fù)荷下，對(duì) AIG 各噴氨支管于蝶閥門開度進(jìn)行微調(diào)。⑤噴氨優(yōu)化調(diào)整完成后，在機(jī)組100%、75%、50%、35%負(fù)荷下，對(duì) SCR 脫硝裝置脫硝效率及氨逃逸進(jìn)行測(cè)試，評(píng)估當(dāng)前脫硝裝置性能，指導(dǎo)脫硝運(yùn)行。

2.2 SCR 脫硝裝置噴氨優(yōu)化調(diào)整主要項(xiàng)目試驗(yàn)方法

2.2.1 一氧化氮和二氧化氮的含量

利用柵格法對(duì) SCR 反應(yīng)裝置的進(jìn)、出煙道斷面進(jìn)行了采樣。將NGA2000 氣體分析器安裝在反應(yīng)器的入口和出口，通過不銹鋼管將煙氣引出至煙道外，然后進(jìn)行除塵、降溫和除濕，再連接到氣體分析器上進(jìn)行分析。通過對(duì)煙道氣體中 NO 和O2的測(cè)定，可以得到 NOX在煙道氣流段內(nèi)的分布情況。通過對(duì)反應(yīng)器入口和出口氮氧化物的含量進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，得出了反應(yīng)器出口氮氧化物含量的平均數(shù)。

2.2.2 逃逸氨的含量

以反應(yīng)器出口斷面上的 NO/O2濃度分布為依據(jù)，本著代表點(diǎn) NOX平均值與斷面煙道 NOX平均值相等的原則，在反應(yīng)器出口選擇6 個(gè)代表點(diǎn)進(jìn)行NH3采樣。根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)局的CTM-027 標(biāo)準(zhǔn)，按化學(xué)溶劑方法收集了氨逸度試樣，并對(duì)試樣中的干煙道流量、二氧化硫含量和氮氧化物含量進(jìn)行了測(cè)定。通過分析試樣中的氨氣濃度，并根據(jù)采集的煙氣流量和氨濃度，對(duì)每一收集點(diǎn)處煙氣進(jìn)行了干燥氨氮含量的測(cè)定。

2.2.3 系統(tǒng)阻力

在SCR 反應(yīng)器及催化劑層入口和出口截面上布置比托管，利用冊(cè)壓引管將進(jìn)出口煙氣引到統(tǒng)一平面上，通過電子微壓計(jì)顯示全壓差，來計(jì)算SCR 脫硝裝置及催化劑阻力。

3 CE 鍋爐噴氨控制邏輯改善

3.1 現(xiàn)狀問題

CE 鍋爐機(jī)組在負(fù)荷升降、制粉系統(tǒng)啟停、煤質(zhì)變化等擾動(dòng)工況下，SCR 出口NOX會(huì)出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)，動(dòng)態(tài)NOX實(shí)測(cè)與設(shè)定值偏差達(dá)到±30 mg/Nm3，頻繁超過環(huán)?？己司€，控制質(zhì)量無(wú)法滿足環(huán)保考核要求，主要原因是噴氨控制系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力差，導(dǎo)致SCR 出口NOX大幅振蕩，需要運(yùn)行人員頻繁手動(dòng)干預(yù)或降低NOX設(shè)定值，使煙囪排放達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，因無(wú)法準(zhǔn)確控制煙囪排放濃度，亦造成氨的浪費(fèi)。尤其AGC、深度調(diào)峰等常態(tài)化，改善提高運(yùn)行品質(zhì)更為迫切。

SCR 出口NOx 濃度受噴氨流量自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行控制，現(xiàn)狀DCS 采用兩級(jí)PID 控制器串級(jí)控制，第一級(jí)可按SCR 出口NOX濃度或SCR 脫硝效率之不同控制模式進(jìn)行切換；根據(jù)當(dāng)前煙氣量、SCR 出入口NOX濃度差值得出噴氨需求量，再由第二級(jí)根據(jù)噴氨實(shí)測(cè)流量與需求值的偏差進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，該控制策略下煙囪NOX波動(dòng)較大，局部氨逃逸過高，不僅浪費(fèi)同時(shí)影響觸媒壽命和空預(yù)器效率，增加風(fēng)機(jī)電耗等，主要存在以下四點(diǎn)問題。①抗擾動(dòng)能力不足：負(fù)荷變化、制粉系統(tǒng)啟停、煤質(zhì)變化時(shí)，風(fēng)量和煙氣NOX濃度變化較快，噴氨調(diào)節(jié)不能快速響應(yīng)，滯后于實(shí)際NOX濃度變化，SCR 出口及煙囪NOX大幅波動(dòng)，易造成環(huán)保超標(biāo)。②控制策略過于簡(jiǎn)化：以SCR 出口NOX濃度作為自動(dòng)調(diào)節(jié)的目標(biāo)參數(shù)，在實(shí)測(cè)值與設(shè)定值產(chǎn)生偏差后，調(diào)整噴氨需求值進(jìn)而調(diào)整噴氨控制閥開度改變噴氨量，屬于被動(dòng)調(diào)節(jié)，難以適應(yīng)機(jī)組工況多變之情形。③控制對(duì)象特性不適應(yīng)：系統(tǒng)以SCR 出口NOX作為控制目標(biāo)，環(huán)保則以煙囪出口NOX為考核指標(biāo)，兩者不論在靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)特性上均存在著差別，最終環(huán)保考核結(jié)果與實(shí)際SCR 控制值出現(xiàn)偏差。④測(cè)量值不準(zhǔn)確：受煙氣殘余旋轉(zhuǎn)及噴氨截面流量不均衡影響，SCR 出口NOX濃度存在較大的不均勻性，出口A/B 側(cè)各一個(gè)NOX測(cè)點(diǎn)，代表性有限，測(cè)量值與實(shí)際值就可能存在較大偏差，造成噴氨不均衡。

3.2 原因分析

受煤質(zhì)變化、負(fù)荷變動(dòng)及設(shè)備狀況等影響，尤其負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，SCR 入口NOX濃度亦大幅波動(dòng)，原控制策略回應(yīng)嚴(yán)重滯后，無(wú)提前預(yù)判量，出口NOX無(wú)法及時(shí)平穩(wěn)控制，影響超低排放精確控制。分析影響因素主要有：①脫硝入口NOX濃度受燃燒工況影響變化幅度大、速度快，控制器單純跟蹤出口NOX濃度調(diào)整噴氨量有一定的時(shí)間滯后，導(dǎo)致噴氨量調(diào)整后出口NOX未及時(shí)變化，控制特性不佳，NOX濃度大幅波動(dòng)，容易超標(biāo)。②SCR 出口A/B 兩側(cè)每側(cè)只安裝一個(gè)NOX濃度測(cè)點(diǎn)，因SCR 出口煙道橫截面積較大，受SCR 入口NOX分布及噴氨格柵噴氨流量不均影響，SCR 出口截面NOX分布濃度隨著工況變化、觸媒積灰情況而改變，均勻性較差，使得該測(cè)值與整個(gè)截面平均值產(chǎn)生偏差，當(dāng)偏差較大時(shí)，會(huì)影響噴氨控制準(zhǔn)確性，出現(xiàn)噴氨不足或過度噴氨的情況周而復(fù)始。③環(huán)保最終考核煙囪出口NOX濃度，該測(cè)量點(diǎn)與SCR 出口測(cè)量點(diǎn)距離長(zhǎng)，滯后2～3 min，是典型的大滯后被控對(duì)象，噴氨調(diào)節(jié)閥動(dòng)作后，煙囪出口NOX需要一段時(shí)間才會(huì)有變化，調(diào)節(jié)的及時(shí)性受到制約。

3.3 改善重點(diǎn)

根據(jù)分析結(jié)果及反復(fù)測(cè)試，優(yōu)化脫硝系統(tǒng)控制邏輯，提高NOX變化時(shí)噴氨響應(yīng)速度，提高煙囪出口NOX排放值的控制精度。具體措施說明如下：①控制邏輯原SCR 效率或SCR 出口NOX濃度控制器，改為煙囪出口NOX濃度及效率聯(lián)合控制器，效率控制為基礎(chǔ)，控制SCR 出口穩(wěn)定，煙囪出口為精調(diào)，優(yōu)化噴氨自動(dòng)控制，提高控制精度。②將SCR 入口NOX濃度及煙囪煙氣流量作為噴氨控制閥前饋信號(hào)，提前調(diào)整噴氨，減小測(cè)量及控制遲延，提高噴氨控制穩(wěn)定性。③實(shí)時(shí)計(jì)算氨氮摩爾比為1 的理論耗氨量，作為噴氨流量的上限，避免過度噴氨，減少氨逃逸。④基于預(yù)測(cè)控制理論和經(jīng)驗(yàn)，邏輯中增加煙囪出口NOX設(shè)定值自動(dòng)選擇功能，當(dāng)磨煤機(jī)投退或AGC 負(fù)荷變化大時(shí)，提前調(diào)整煙囪出口NOX設(shè)定值，跟上NOX變化，有效減緩過調(diào)振蕩，提高控制穩(wěn)定性。⑤通過燃燒調(diào)整優(yōu)化，降低SCR 入口NoX濃度及其波動(dòng)幅度，提高其穩(wěn)定性，經(jīng)測(cè)試后將非常用的高位過燃風(fēng)（HSOFA）噴嘴上兩層擋板改為受運(yùn)行氧量控制，運(yùn)行氧量高于控制值時(shí)開啟，維持爐膛主燃區(qū)缺氧運(yùn)行，確保低氮燃燒工況穩(wěn)定，避免NOX大幅波動(dòng)。

4 結(jié)論

①依現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化后實(shí)測(cè)效果，進(jìn)行邏輯改善后，噴氨控制反應(yīng)速度及穩(wěn)定性明顯提高，負(fù)荷大幅變動(dòng)時(shí)，NOX也能較穩(wěn)定控制，人為干預(yù)大幅減少。動(dòng)態(tài)過程SCR 入口NOX實(shí)測(cè)值變化范圍由150～590 降至130～290 mg/Nm3。煙囪NOX實(shí)時(shí)數(shù)值波動(dòng)幅度由50 降至40 mg/Nm3，小時(shí)均值波動(dòng)幅度由10.1 降至4.5 mg/Nm3，控制穩(wěn)定性大幅提高。②改善后通過對(duì)噴氨量上限進(jìn)行限制，可以減少噴氨總量防止短時(shí)過度噴氨。從而降低氨逃逸、延長(zhǎng)觸媒使用壽命、緩解空預(yù)器堵灰、降低風(fēng)組電耗、降低空預(yù)器水洗頻率、減少氨氮廢水產(chǎn)生。