650MW 機(jī)組脫硝分區(qū)噴氨技術(shù)應(yīng)用

張方耀

（國(guó)能黃金埠發(fā)電有限公司，江西余干 335101）

1 SCR 脫硝技術(shù)應(yīng)用概況

隨著國(guó)家加強(qiáng)對(duì)大氣環(huán)境治理力度的加強(qiáng)，全國(guó)各地都在開(kāi)展鍋爐發(fā)電機(jī)組相關(guān)技術(shù)改造。改造后初期效果顯著，然而隨著改造技術(shù)的應(yīng)用，后期也會(huì)面臨諸多問(wèn)題。以某發(fā)電公司2臺(tái)650MW 超臨界機(jī)組中1#機(jī)組為例。對(duì)此臺(tái)機(jī)組完成了超低排放改造，目前主要污染物排放指標(biāo)為氮氧化物不大于50mg/Nm3、二氧化硫不大于35mg/Nm3、煙塵小于10mg/Nm3，各污染物排放均滿足當(dāng)前國(guó)家超低排放限值的要求。不過(guò)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行后，脫硝系統(tǒng)的一些問(wèn)題逐漸凸顯，如：（1）SCR 氨逃逸明顯偏大且監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致下游設(shè)備空預(yù)器壓差增大，空預(yù)器堵塞較嚴(yán)重，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行；（2）SCR 出口監(jiān)測(cè)點(diǎn)與機(jī)組煙氣總排放口監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在較大差異，尤其是氮氧化物濃度值差異較大，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)一致性差，現(xiàn)有SCR出口測(cè)點(diǎn)的氮氧化物濃度不能真實(shí)反映脫硝的實(shí)際情況；（3）SCR 反應(yīng)器噴氨支管閥門開(kāi)度很少進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)沒(méi)有監(jiān)測(cè)依據(jù)，反應(yīng)器內(nèi)部催化劑層各個(gè)分區(qū)的脫硝效率、堵塞狀況不清楚，局部氨逃逸嚴(yán)重，造成空預(yù)器堵塞。

2 1#650MW 機(jī)組排放點(diǎn)監(jiān)測(cè)

某發(fā)電公司兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組采用選擇性催化還原（SCR）工藝。SCR 反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間，催化劑選用蜂窩式，采用2+1 層布置。在正常負(fù)荷范圍內(nèi)煙氣脫硝效率均不低于80%。液氨由液氨蒸發(fā)系統(tǒng)通過(guò)管道與各個(gè)機(jī)組SCR 連接。系統(tǒng)由脫硝劑供應(yīng)、脫硝反應(yīng)兩個(gè)區(qū)構(gòu)成。為了深入了解脫硝工藝存在問(wèn)題，在脫硝煙道進(jìn)、出口兩側(cè)各增加一套NOx/O2濃度全截面取樣裝置，更換取樣管線及取樣探頭，利舊原CEMS 煙氣分析儀，取代原系統(tǒng)單點(diǎn)取樣裝置。增設(shè)同步取樣巡測(cè)裝置，新增NOx/O2雙通道快速測(cè)量?jī)x表，氨逃逸表移位利舊。為噴氨總閥控制優(yōu)化提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖1 SCR 出口NOx/O2/NH3 濃度測(cè)量層示意圖

3 外掛控制系統(tǒng)

控制模塊作為脫硝噴氨優(yōu)化控制系統(tǒng)的大腦，保證SCR 出口NOx/O2/NH3濃度巡測(cè)模塊和分區(qū)噴氨管路模塊協(xié)調(diào)工作。控制模塊以分散控制系統(tǒng)為硬件平臺(tái)搭建，作為原DCS 的外掛系統(tǒng)，與原DCS 實(shí)時(shí)通訊，從而構(gòu)建完整的脫硝噴氨優(yōu)化控制系統(tǒng)。

4 噴氨格柵分區(qū)改造

改造噴氨格柵是為了將脫硝劑分區(qū)，調(diào)節(jié)各區(qū)域配比。分別對(duì)原1 組或2 組噴氨支管改為5 分區(qū)，并在分區(qū)管上安裝有分區(qū)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)新增外掛控制系統(tǒng)的指令控制各分區(qū)的噴氨量配比。改造后脫硝A、B 側(cè)出口的NOx 不均勻系數(shù)均在20%以內(nèi)；平均氨逃逸率1.77ppm；改造后脫硝裝置阻力增加50Pa 以內(nèi)；經(jīng)過(guò)第三方測(cè)試評(píng)估，氨耗量比改造前減少了約10～15%。極大的提高了脫硝系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，總排口NOx 排放超過(guò)95%的時(shí)間與設(shè)定值偏差＜10mg/Nm3，超過(guò)80%的時(shí)間與設(shè)定值偏差＜5mg/Nm3，運(yùn)行人員將NOx 總排口目標(biāo)值設(shè)定到42mg/Nm3的高位也可以放心的將脫硝噴氨投自動(dòng)，不需要隨時(shí)監(jiān)視NOx 排放指標(biāo)，降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度?；緦?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)噴氨。

機(jī)組正常運(yùn)行工況下，分區(qū)噴氨控制投運(yùn)可以在絕大部分時(shí)間里將SCR 出口NOx 分布不均勻系數(shù)控制在0.2 以內(nèi)，平均值為0.16，僅在機(jī)組負(fù)荷大幅度變化，SCR 入口NOx 快速波動(dòng)的情況下會(huì)超過(guò)0.2，并在幾個(gè)周期的調(diào)整后恢復(fù)到0.2 以下。

圖2 的SCR 出口NOx 分布不均勻系數(shù)在0.16 的典型工況為例，同一截面的NOx 分布最大值為51.56 mg/m3，最小值為31.14 mg/m3，平均值為40.73mg/m3，不存在明顯過(guò)噴氨和欠噴氨的區(qū)域，可有效抑制過(guò)噴導(dǎo)致的氨逃逸過(guò)大和欠噴導(dǎo)致的平均濃度過(guò)大。

5 脫硝出口性能測(cè)試孔煙氣實(shí)際測(cè)量結(jié)果

脫硝出口煙道設(shè)置有9 個(gè)性能測(cè)試孔，依次編上號(hào)碼(從外側(cè)向內(nèi)依次編號(hào)為第1、2、3、4、5、6、7、8、9 孔)，每個(gè)測(cè)孔布置一根取樣管，逐個(gè)測(cè)點(diǎn)采樣。

圖2 不均勻系數(shù)為0.16 時(shí)典型NOx 分布圖

#1 機(jī)組330MW、490MW、630MW 不同負(fù)荷下NOx 和O2各點(diǎn)濃度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1～3，氨逃逸濃度測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4。

表1 #1 脫硝裝置330MW 負(fù)荷脫硝出口煙氣組分濃度表

6 結(jié)論

6.1 經(jīng)濟(jì)效益

由于脫硝入口NOx 分布不均勻，傳統(tǒng)的噴氨方式只能根據(jù)脫硝進(jìn)出口的NOx 濃度差異確定噴氨總量，無(wú)法做到根據(jù)脫硝系統(tǒng)內(nèi)NOx 不均勻的情況有針對(duì)性噴氨，保證NOx 濃度高的區(qū)域多噴氨，NOx 濃度低的區(qū)域少噴氨。因此，整個(gè)噴氨格柵噴氨量相同的控制方式就會(huì)導(dǎo)致入口NOx 濃度高的區(qū)域，出口NOx濃度也高，氨逃逸率低；入口NOx 濃度低的區(qū)域，出口NOx 濃度也低，氨逃逸率極高（由于脫硝效率有極限，所以NOx 不可能降低到零，導(dǎo)致大量噴入的氨不會(huì)被反應(yīng)，氨逃逸率極高）。脫硝的氨逃逸會(huì)與煙氣中的SO3和水生成硫酸氫銨，硫酸氫銨在146℃～207℃之間是粘稠的液態(tài)，該溫度剛好處于空預(yù)器低溫段的工作溫度區(qū)間，因此，過(guò)量的氨逃逸會(huì)在空預(yù)器低溫段內(nèi)生成黏性硫酸氫銨，沉積在蓄熱元件表面，并與煙氣中的灰結(jié)合，形成積灰板結(jié)，堵塞空預(yù)器蓄熱元件的流道，導(dǎo)致空預(yù)器阻力增大?？疹A(yù)器阻力增大首先會(huì)導(dǎo)致三大風(fēng)機(jī)所需壓頭增加，即三大風(fēng)機(jī)的電耗會(huì)增加。據(jù)測(cè)算，2 臺(tái)600MW 機(jī)組，空預(yù)器阻力每增加100Pa，三大風(fēng)機(jī)電耗增加115.9kW，根據(jù)改造前空預(yù)器阻力最大增加接近2kPa，若按噴氨優(yōu)化可使空預(yù)器阻力平均減小400Pa 估算，該項(xiàng)的經(jīng)濟(jì)效益約為96.4 萬(wàn)元/年。

表2 #1 脫硝裝置490MW 負(fù)荷脫硝出口煙氣組分濃度表

表3 #1 脫硝裝置630MW 負(fù)荷脫硝出口煙氣組分濃度表

6.2 安全效益

由于傳統(tǒng)噴氨手段常常會(huì)引起過(guò)量噴氨，導(dǎo)致生成大量的黏性硫酸氫銨，與煙氣中的灰一起沉積在蓄熱元件表面，導(dǎo)致空預(yù)器阻力增大?？疹A(yù)器阻力持續(xù)增大會(huì)導(dǎo)致各種安全風(fēng)險(xiǎn)。送風(fēng)機(jī)出口額定全壓通常不高，空預(yù)器阻力上升會(huì)導(dǎo)致送、引風(fēng)機(jī)壓頭不夠，引起送、引風(fēng)機(jī)出力不足。一般送、引風(fēng)機(jī)均為軸流式風(fēng)機(jī)，空預(yù)器阻力嚴(yán)重增大甚至?xí)?dǎo)致風(fēng)機(jī)出現(xiàn)失速、喘振等問(wèn)題，引起風(fēng)機(jī)葉片損傷。對(duì)于送風(fēng)機(jī)，空預(yù)器阻力增加會(huì)使二次風(fēng)量減小，導(dǎo)致鍋爐爐膛氧量降低，易引發(fā)鍋爐結(jié)焦、效率下降等問(wèn)題，影響鍋爐的安全性，甚至導(dǎo)致爆管停機(jī)。同時(shí)，在回轉(zhuǎn)式空預(yù)器中，往往堵塞并不是發(fā)生在所有的蓄熱元件上，導(dǎo)致空預(yù)器的阻力會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，引起一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的壓力擺動(dòng)，以及鍋爐爐膛負(fù)壓的波動(dòng)。鍋爐正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)保持微負(fù)壓，一旦爐膛負(fù)壓波動(dòng)過(guò)大，將會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行安全性。噴氨優(yōu)化改造可以很大程度上避免因空預(yù)器導(dǎo)致的以上問(wèn)題的發(fā)生，提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性和設(shè)備運(yùn)行安全性。噴氨優(yōu)化還減少了過(guò)量噴氨的發(fā)生，防止因過(guò)量噴氨導(dǎo)致催化劑微孔堵塞引起的失活，避免機(jī)組因脫硝不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致降負(fù)荷或停機(jī)。

表4 #1 機(jī)組脫硝裝置逃逸質(zhì)量濃度試驗(yàn)結(jié)果

6.3 環(huán)保效益

在環(huán)保效益方面，過(guò)量噴氨往往會(huì)導(dǎo)致排放的煙氣中銨鹽的濃度增加，而銨鹽正是大氣中PM2.5 的主要組成成分之一。隨著大氣污染物中PM2.5 越來(lái)越受重視，控制氨逃逸也逐漸變成一個(gè)重要的課題。在氮氧化物排放達(dá)標(biāo)的前提下，減少氨逃逸，有助于減輕大氣污染，塑造良好的企業(yè)形象。另一方面，硫酸氫銨的沉積主要是發(fā)生在空預(yù)器冷端，但隨著機(jī)組排煙溫度變化，部分硫酸氫銨也會(huì)在電除塵陰極線上沉積，導(dǎo)致陰極線肥大，影響除塵效率。同時(shí)，噴氨優(yōu)化降低了排煙溫度，降低了除塵器區(qū)域煙氣的流速，也可提高除塵效率，有助于避免排放粉塵濃度超標(biāo)。