摘  要：為降低SCR系統(tǒng)的氨逃逸，結(jié)合國(guó)電泉州熱電有限公司設(shè)備的特點(diǎn)及運(yùn)行情況，對(duì)SCR系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了一系列的調(diào)整、優(yōu)化措施，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：噴氨優(yōu)化；氨逃逸；配風(fēng)調(diào)整；控制措施。

  1 引言

選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝技術(shù)是目前世界上先進(jìn)的火力發(fā)電廠煙氣脫硝主流技術(shù)之一。國(guó)電泉州熱電有限公司4臺(tái)機(jī)組均采用SCR煙氣脫硝技術(shù)。氨逃逸率是影響SCR系統(tǒng)運(yùn)行的一項(xiàng)重要參數(shù)，為控制脫硝過(guò)程中氨的使用量及保護(hù)設(shè)備，必須對(duì)SCR出口的氨逃逸量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。氨逃逸率是影響SCR系統(tǒng)運(yùn)行的一項(xiàng)重要參數(shù)，是實(shí)際生產(chǎn)中噴射入反應(yīng)器卻未參與還原反應(yīng)的氨的與出口煙氣體積之比，是通過(guò)單位體積內(nèi)氨含量來(lái)表示的。為達(dá)到環(huán)保排放要求，往往會(huì)出現(xiàn)過(guò)量噴氨，多出而逃逸的氨將與SO₃反應(yīng)生成硫酸氫氨，導(dǎo)致空預(yù)器堵塞、腐蝕，嚴(yán)重時(shí)威脅機(jī)組正常運(yùn)行?，F(xiàn)通過(guò)實(shí)例研究分析，通過(guò)不同方法降低氨逃逸率，實(shí)現(xiàn)對(duì)SCR系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化。

  2 設(shè)備簡(jiǎn)介

國(guó)電泉州熱電有限公司現(xiàn)有四臺(tái)機(jī)組：一期2臺(tái)機(jī)組，鍋爐型號(hào)HG-1025/17.4-YM28，為亞臨界中間一次再熱自然循環(huán)汽包鍋爐，配備300MW供熱機(jī)組；二期2臺(tái)機(jī)組，鍋爐型號(hào)HG-2115/25.4-YM12，為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，配備670MW供熱機(jī)組。

國(guó)電泉州熱電有限公司脫硝SCR系統(tǒng)采用垂直煙道2＋1層設(shè)計(jì)，采用國(guó)產(chǎn)蜂窩式催化劑，高溫高塵布置形式，脫硝SCR前的取樣測(cè)點(diǎn)安裝在省煤器后噴氨格柵前的垂直煙道，水平安裝單點(diǎn)氮氧化物、氧量測(cè)量取樣探頭，脫硝SCR后的取樣測(cè)點(diǎn)及氨逃逸率測(cè)點(diǎn)安裝在SCR反應(yīng)區(qū)后空預(yù)器前水平煙道，垂直安裝單點(diǎn)氮氧化物、氧量測(cè)量取樣探頭。

圖1 高溫高塵布置形式

表1 SCR裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

  3 存在的問(wèn)題

隨著機(jī)組的運(yùn)行，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題（以#1機(jī)組為例）：

噴氨量較理論值高出20%左右，氨逃逸率長(zhǎng)期維持5~9ppm左右的水平，不僅造成噴氨的浪費(fèi)，還帶來(lái)一系列的其它問(wèn)題。

催化劑層積灰日益嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在脫硝反應(yīng)器差壓不斷上漲，脫硝反應(yīng)器A/B側(cè)差壓由686/814Pa上漲至1326/1196Pa。

空預(yù)器差壓持續(xù)上升，由1.8/1.9kPa上漲至3.6/3.7kPa，不僅增加廠用電率，而且威脅到機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

  4 氨逃逸控制措施

為了降低氨逃逸率，我公司從以下幾個(gè)方面對(duì)氨逃逸進(jìn)行控制：

4.1 均勻分布氨流量

氨逃逸率偏差（氨逃逸與排放標(biāo)準(zhǔn)差值），可以通過(guò)氨均布試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整、消除。因SCR脫硝系統(tǒng)入口煙氣流場(chǎng)和NOx濃度場(chǎng)分布對(duì)氨均布調(diào)整具有影響，首先需對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，按照網(wǎng)格法，將每一側(cè)煙道劃分為7×3網(wǎng)格，對(duì)入口煙氣流場(chǎng)和NOx濃度場(chǎng)逐點(diǎn)測(cè)量，若脫硝入口某點(diǎn)位相對(duì)流場(chǎng)較大，則應(yīng)考慮增加相應(yīng)點(diǎn)位的噴氨量（就地手動(dòng)調(diào)整去各反應(yīng)器的手動(dòng)門(mén)，見(jiàn)圖2），通過(guò)該點(diǎn)氨流量大小調(diào)整，保證NOx和氨分布相對(duì)均勻（氧化劑和還原劑對(duì)應(yīng)成比例），見(jiàn)圖3。

圖3  #2機(jī)組脫硝裝置入口NOx濃度分布

4.2 控制脫硝煙氣溫度

4.2.1 鍋爐啟動(dòng)時(shí)

在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，煙氣中的銨鹽、硫酸、水和其他凝結(jié)物低于各自的露點(diǎn)溫度時(shí)，會(huì)凝結(jié)吸附在催化劑會(huì)孔內(nèi)。溫度升高時(shí)，這些物質(zhì)蒸發(fā)將導(dǎo)致催化劑孔內(nèi)壓力增大，造成催化劑損壞。因此在煙氣升溫過(guò)程中，應(yīng)快速通過(guò)水和酸的露點(diǎn)溫度，使得SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度低于水的露點(diǎn)溫度（50-60℃）的時(shí)間越短越好。

另外停爐過(guò)程中，SCR停止噴氨后，應(yīng)維持煙氣系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行30分鐘左右，使得催化劑中殘留的氨全部參加反應(yīng)，防止催化劑中殘余氨，隨著煙溫的下降，形成銨鹽,堵塞催化劑孔。

4.2.2 低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)

SCR脫硝工藝所選用的催化劑在310～420℃范圍為最佳，當(dāng)催化劑在低于310℃運(yùn)行時(shí)，氨氣將與煙氣中的SO₃反應(yīng)生成銨鹽，造成催化劑堵塞和磨損，因此當(dāng)入口煙溫低于306℃時(shí)，脫硝邏輯保護(hù)應(yīng)能自動(dòng)關(guān)閉噴氨關(guān)斷閥；若未自動(dòng)閉鎖，則需人工手動(dòng)干預(yù)。

為保證SCR的反應(yīng)溫度，采取了以下控制措施：

a）提高氧量，增加機(jī)組供熱量；

b）增加上層磨組煤量，由高熱值燃煤改為低熱值燃煤；

c）調(diào)整燃燒器擺角和SOF風(fēng)擺角；

d）開(kāi)大燃盡風(fēng)門(mén)，關(guān)小周界風(fēng)，將AA層開(kāi)至100%；

e）適當(dāng)減少吹灰；

f）降低主蒸汽壓力；

g）適當(dāng)增加爐膛負(fù)壓，降低一次風(fēng)壓及磨煤機(jī)出口溫度。

4.2.3 事故工況時(shí)

鍋爐超溫、MFT、重要輔機(jī)故障或跳閘等情況均會(huì)使催化劑中殘余氨較多，因此要維持煙氣系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行30分鐘左右，并維持聲波吹灰器運(yùn)行，悶爐后應(yīng)盡快采用引風(fēng)機(jī)快速冷卻，使催化劑冷卻盡量快速通過(guò)水和酸的露點(diǎn)溫度。

其中鍋爐四管泄漏對(duì)催化劑的影響是最大的，鍋爐一旦爆管，就會(huì)有大量的蒸汽進(jìn)入煙氣，流經(jīng)催化劑，使得煙溫下降過(guò)快，使得煙氣濕度過(guò)大，在短時(shí)間內(nèi)造成催化劑的壽命損耗。發(fā)生泄漏后，若無(wú)法維持運(yùn)行時(shí)，應(yīng)緊急停爐，及時(shí)進(jìn)行疏水泄壓，減少煙氣濕度的增加。

4.3 控制稀釋風(fēng)量

通過(guò)表1比對(duì)，A/B兩側(cè)稀釋風(fēng)量不對(duì)稱，兩側(cè)稀釋風(fēng)量變差達(dá)到9%，應(yīng)注意查找噴氨格柵小孔堵塞、進(jìn)口濾網(wǎng)、逆止閥、稀釋風(fēng)量測(cè)量孔板等問(wèn)題，因此在啟動(dòng)爐側(cè)風(fēng)機(jī)前4h就需啟動(dòng)稀釋風(fēng)機(jī)和聲波吹灰器，并可通過(guò)比對(duì)正式投SCR前和正常運(yùn)行時(shí)稀釋風(fēng)流量，查知噴嘴堵塞的程度。

表2  稀釋風(fēng)量對(duì)SCR的影響

4.4 均勻摻混NH₃/NO_X

現(xiàn)我廠在混合器選擇上是的渦流式靜態(tài)混合噴射器，見(jiàn)圖4，為滿足超低排放的流場(chǎng)分布要求，可通過(guò)優(yōu)化渦流混合氣的圓盤(pán)直徑和布置位置、角度，以及調(diào)整每側(cè)5個(gè)氨氣噴管流量，來(lái)實(shí)現(xiàn)NH₃/NO_X均勻摻混。

SCR脫硝系統(tǒng)在超低排放的情況下，通常會(huì)增加噴氨量來(lái)滿足超低排放的環(huán)保參數(shù)，隨著噴氨量的增加，脫硝效率也不斷提高，在較高的脫硝效率下運(yùn)行時(shí)，氨氮摩爾比變化對(duì)脫硝效率和氨逃逸的影響如圖5。

圖4 渦流式靜態(tài)混合噴射器

圖5 氨氮摩爾比變化對(duì)脫硝效率和氨逃逸的影響

由圖5可見(jiàn)，隨著氨氮摩爾比增大，脫硝效率升高，NH₃逃逸也逐漸增大，尤其當(dāng)脫硝效率超過(guò)90%時(shí)，氨逃逸增大的趨勢(shì)明顯加快，空氣預(yù)熱器形成硫酸氫銨堵塞的風(fēng)險(xiǎn)增大。因此在NH₃/NO_X混合均勻情況下，可適度減少噴氨量，保證在環(huán)保參數(shù)未超標(biāo)情況下，降低氨氮摩爾比，從而減少氨逃逸率。

4.5 合理運(yùn)行制粉系統(tǒng)

以4號(hào)機(jī)組為例，進(jìn)行制粉系統(tǒng)倒換試驗(yàn)（由C磨倒換至A磨運(yùn)行），由圖6曲線可發(fā)現(xiàn)，倒換過(guò)程中，因停運(yùn)制粉系統(tǒng)減少了爐膛內(nèi)過(guò)?？諝饬?，分級(jí)燃燒較明顯，所以SCR入口NOx下降至50mg/Nm³，對(duì)應(yīng)減少噴氨量50kg/h左右,降幅很明顯。因此制粉系統(tǒng)由上層倒換至下層運(yùn)行，不僅可以降低入口NOx，減少噴氨量，還能有效減少氨逃逸。

圖6  制粉系統(tǒng)倒換運(yùn)行對(duì)SCR的影響

4.6 調(diào)整低氮燃燒器中心風(fēng)

通過(guò)降低低氮燃燒器中心風(fēng)的風(fēng)量，減少一次風(fēng)根部的氧量供給，使得燃燒器著火區(qū)處于還原性氣氛，同樣可以降低噴氨量，減少氨逃逸率。經(jīng)試驗(yàn)，六臺(tái)制粉系統(tǒng)燃燒器中心風(fēng)電動(dòng)閥關(guān)小至10%，觀察脫硝入口氮氧化物可由430mg/m³下降至280mg/m³，降低幅度達(dá)150mg/m³。

圖7 低NO_X軸流式燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖^[1]

 中心風(fēng)關(guān)小后要做好防范一次風(fēng)口結(jié)焦的工作，在關(guān)小后需加強(qiáng)對(duì)燃燒器處中心風(fēng)管測(cè)溫。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)關(guān)小中心風(fēng)后，測(cè)得燃燒器中心風(fēng)管溫度在180~200℃之間，無(wú)超溫現(xiàn)象。

  5 調(diào)整控制后的運(yùn)行分析

經(jīng)機(jī)組大修及運(yùn)行燃燒調(diào)整，各參數(shù)得到好轉(zhuǎn)，具體如下（以#1機(jī)組為例）：

a.   氨逃逸率得到明顯控制，維持在1.0-1.6ppm左右，不僅減少了噴氨的浪費(fèi)，還對(duì)緩解了空預(yù)器堵塞。

b.   脫硝反應(yīng)器與空預(yù)器A/B側(cè)差壓分別控制在712/689Pa、1.63/1.71Pa，經(jīng)觀察數(shù)月參數(shù)穩(wěn)定，未有上漲趨勢(shì)。

c.   在燃燒穩(wěn)定的前提下，滿負(fù)荷和低負(fù)荷下進(jìn)口NOX濃度分別控制在186/174mg/Nm³、140/130mg/Nm³，大大降低了噴氨量。

通過(guò)優(yōu)化前后數(shù)據(jù)比對(duì)分析，空預(yù)器和電除塵差壓明顯下降，廠用電率顯著下降。在滿足深度減排標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)氨耗量較改造前明顯下降，300MW機(jī)組單機(jī)平均氨耗量由72.75kg/h將至46.5kg/h，可節(jié)約36.1%，每年單臺(tái)機(jī)組可節(jié)省液氨約229.95t，節(jié)約液氨采購(gòu)費(fèi)約75.87萬(wàn)元。

在節(jié)能減排工作的不斷深入，排放監(jiān)督愈發(fā)嚴(yán)格，本廠SCR系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化促進(jìn)了電力與環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)“三型五化，七個(gè)一流”集團(tuán)戰(zhàn)略更進(jìn)一步。

      6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)國(guó)電泉州熱電有限公司機(jī)組脫硝系統(tǒng)提出了一些在運(yùn)行中如何控制減少氨逃逸率的措施，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題，提出了一些解決方法，對(duì)電廠運(yùn)行設(shè)備和設(shè)備操控做出一定改進(jìn)，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)型。

參考文獻(xiàn)：

[1] 杜云貴，吳其榮，鄧佳佳，李芳:SCR煙氣脫硝催化劑的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模擬研究[J]:熱力發(fā)電:2010年02期

[2] 呂君英，龔凡，郭亞平:選擇性催化還原NOx的反應(yīng)機(jī)理研究[J]:工業(yè)催化:2006年01期