SCR煙氣脫硝系統NO濃度場優化試驗研究
北極星大氣網訊 :摘要:在燃料種類、爐膛結構、受熱面布置、過量空氣量、爐膛氣流分布等條件確定的情況下，控制好噴氨均勻性及氨加入量是保證出口NO濃度場均勻性、脫除率及逃逸氨的關鍵所在。以某發電廠660MW機組 脫硝系統 為研究對象，設計了1種控制 氨逃逸 的優化調整方法，主要根據脫硝系統入、出口NO濃度分布情況調整噴氨系統，以使噴氨分布均勻。優化調整后脫硝系統出口NO濃度場分布均勻性明顯改善，出口NO濃度偏差值降低，供氨量和出口氨逃逸平均濃度顯著下降。該方法能有效改善脫硝系統出口NO濃度分布，降低噴氨量和氨逃逸濃度。減小 SCR 脫硝工藝對空氣預熱器帶來的不利影響，在保證NO達標排放的同時，實現安全生產。
引言
目前在我國大型燃煤發電機組多采用可再生容克式空氣預熱器對鍋爐供風進行加熱?？諝忸A熱器中、低溫段煙氣溫度低于NH4HSO4的液化溫度，在此溫度范圍內處于液相區的NH4HSO4具有很強的粘附性，會迅速黏附在換熱元件表面，進而吸附大量煙氣中的飛灰，最終導致飛灰大量沉積于金屬壁表面或卡在層間，使得空氣預熱器煙氣側流通截面積減少，導致空氣預熱器堵塞、腐蝕，最終導致空氣預熱器出現壓降上升，換熱效率降低等現象。威脅空氣預熱器的安全運行。
在燃料種類、爐膛結構、受熱面布置、過量空氣量、爐膛氣流分布等條件確定的情況下，控制好噴氨均勻性及氨加入量是保證出口NO濃度場均勻性、脫除率及逃逸氨的關鍵所在。噴氨量過低會影響NO的脫除率，噴氨量過大，不僅會增加運行成本，還會影響空預器甚至除塵器安全穩定運行。由于脫硝系統在線監測點位往往安裝在煙道特定位置，只能監測某一點位的濃度值，與實際濃度場偏差較大。因此，通過噴氨優化試驗，可調整脫硝系統氨分布，從而降低脫硝系統氨逃逸量，其對機組的節能、安全穩定運行具有重要意思。
本文針對某發電廠660MW超臨界燃煤發電機組脫硝系統運行3年后出現的脫硝效率下降，空氣預熱器阻力上升，換熱效率降低等問題。對該廠脫硝系統NO濃度場進行了優化試驗研究。
1優化試驗方法及條件
該廠脫硝系統噴氨格柵采用線性控制式噴氨技術，其特點是氨/空氣混合氣母管先分為6組支管，每組支管又引出3支分支沿垂直煙道方向進入煙道，每根分支管進入煙道不同的縱深，并設置若干個噴嘴進行氨/空氣混合氣的噴射。每根分支管的流量可以單獨調節，以匹配煙氣中NO的含量。示意圖如圖1所示。
圖1噴氨格柵示意
測點的布設:在SCR脫硝系統入、出口單側水平煙道上根據噴氨格柵6組支管對應設置6個測孔，每組噴管對應一個測孔。由南向北分別標記為測孔1至6。本次采用了等面積網格布點的原則，對所有測孔進行了測試，每個測孔沿不同縱深設3個采樣點。
為了提高SCR脫硝系統出口NO濃度場均勻性降低氨逃逸量，就必須使噴入脫硝系統的氨氣與煙氣中的NO在脫硝反應器內呈對應分布。因此需要根據NO濃度場分布情況調整各區域供氨量，提高脫硝反應器出口NO濃度場均勻性。
濃度場均勻性調整流程如圖2所示。第一步，測量脫硝反應器入、出口流場，NO濃度初始濃度分布并計算濃度場平均偏差;第二步，根據測試結果初步調整各區域噴氨格柵閥門開度大小;第三步，再次測量反應器出口NO濃度場分布并計算濃度場平均偏差。如果偏差大，重復第二步和第三步;如果偏差小且排放要求，即完成NO濃度場均勻性調整工作。
圖2噴氨格柵調整流
試驗期間機組滿負荷穩定運行，鍋爐運行工況及燃燒煤種穩定，A、B兩側引風機電流、擋板開度基本穩定，保證脫硝系統入口NO濃度變化在±5%范圍內。反應器出口NO濃度按下式計算:
式中:Ci為測點對應的NO濃度，mg/m3;n為反應器入口測點數量。
反應器出口NO濃度平均偏差:
式中:η為反應器出口的NO濃度平均偏差，%。
2 SCR系統出口NO濃度場均勻性研究
2.1煙氣流場均勻性測試
SCR脫硝系統入口煙氣流量和NO質量濃度的疊加能反應出入口的NO濃度場的分布，同時煙氣流速對脫硝反應停留時間和催化劑的磨損都有影響。對SCR的入口流場進行測試，結果見圖3。
圖3調整前，SCR脫硝系統入口流場測試
圖3為優化調整前SCR脫硝系統入口水平煙道測點1m，2m，3m處3個不同深度的煙氣流速。從圖3可以看出，A、B側入口煙道中部位置流速相對較大，兩側流速較小，橫向流場有較小偏差，A、B側入口煙道平均偏差分別為9.14%和7.95%，煙氣流速平均可保持在20.33m/s和18.74m/s左右。煙道縱向流場基本均勻，整體分布較為均勻。
2.2優化前SCR入、出口NO濃度場均勻性測試
噴氨優化前SCR脫硝系統入口NO濃度場試驗結果見圖4和圖5。
圖4調整前SCRA側入口NO濃度場
圖5調整前SCRB側入口NO濃度場
從圖4、5可知，在水平方向上，煙道中部NO濃度相對較高，兩側較低;在垂直方向上，不同煙道深度NO濃度變化不大。A、B兩側濃度場平均偏差分別為6.46%和8.03%。
圖6調整前SCRA側出口NO濃度場
圖7調整前SCRB側出口NO濃度場
SCR脫硝系統A、B側出口NO濃度場測試結果如圖6和圖7所示。SCR系統A、B側出口NO濃度場平均偏差分別為40.83%和26.50%。從圖6、7能明顯看出A、B兩側靠近鍋爐中心線的區域NO含量較高，表明這些區域噴氨相對較少，而遠離鍋爐中心線的區域NO含量較低，表明這些區域噴氨相對過量，因此需要對噴氨系統進行優化調整。
2.3優化后SCR系統出口NO濃度場均勻性結果
SCR脫硝系統出口NO濃度場均勻性研究結果如圖8和圖9所示。
圖8調整后SCRA側出口NO濃度場
圖9調整后SCRB側出口NO濃度場
經過優化調整后，脫硝系統A、B兩側靠近鍋爐中心線的區域NO含量較調整前有所降低，遠離鍋爐中心線的區域NO濃度含量較調整前有所增加，脫硝系統A、B兩側出口NO濃度場平均偏差分別降為9.65%和8.20%，均小于10%。
2.4SCR脫硝系統氨逃逸及供氨量優化
圖10為優化調整前后氨逃逸濃度值變化情況。圖10中，1～6為A側煙道測點，7～12為B側煙道測點。優化調整前脫硝系統A、B兩側靠近鍋爐中心線的區域逃逸氨濃度相對較低，外側區域逃逸氨濃度相對較高，濃度偏差較大，且與調整前出口NO濃度場測試結果相一致。優化調整后脫硝系統A、B兩側逃逸氨濃度由2.13μL/L和2.95μL/L分別降至1.62μL/L和1.90μL/L。而優化調整后脫硝系統A、B兩側供氨量也有不同程度降低，分別下降了8.3%和10.6%。氨逃逸的降低和供氨量的下降不僅對后續設備的穩定運行起到一定的助益作用，同時也實現的脫硝系統的節能降耗。
圖10調整前后氨逃逸濃度變化
3優化后數據對比
從表1可見，脫硝系統優化后，A、B兩側出口NO濃度場偏差分別降低31.18%和18.30%。優化后脫硝系統出口NO濃度分布均勻性明顯改善，出口氨逃逸濃度大幅降低，達到了優化預期的效果。
表1優化后數據對比
4結語
(1)做好脫硝系統的優化運行調整，可最大程度減小SCR工藝對空預器及后續設備帶來的不利影響，在保證NO達標排放的同時，實現安全生產。
(2)以現場實測數據為基礎，對脫硝系統進行優化試驗調整，催化劑沒有發生失效或局部活性降低的情況時，發現噴氨和煙道內各處NO分布不對應是導致出口NO濃度場偏差大、氨逃逸量高的主要原因。
(3)優化調整后脫硝系統出口NO濃度場分布均勻性明顯改善，出口NO濃度偏差值降低，供氨量和出口氨逃逸平均濃度顯著下降。
(4)該優化試驗方案可為同類機組脫硝系統優化調整提供重要依據。
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來源:《電力科技與環?！?/span>
