SCR脱硝系统喷氨优化调整试验

SCR脱硝系统喷氨优化调整试验为了调高脱硝系统效率，在满足环保超低排放标准的前提下，减少喷氨量、 降低氨逃逸率、降低空预器堵塞风险，对某电厂超临界2x700MW燃煤机组脱 硝系统进行喷氨优化调整试验。通过调整喷氨手动门开度，合理调节 SCR 喷氨 量，使SCR脱硝系统出口氮氧化物浓度分布的均匀性得到改善，降低了局部氨 逃逸峰值，降低了空预器堵塞的风险。随着火电厂最新大气污染排放标准的颁布及煤电节能减排升级与改造行动 计划的实施，燃煤电厂必须更加严格地控制烟气中NOx的排放量。选择性催化 还原（SCR ）脱硝技术因脱硝效率高且运行稳定可靠，而被广泛应用于燃煤电厂。脱硝效率、喷氨量大小和氨气逃逸率是衡量SCR脱硝系统运行是否良好的 重要依据。电厂在实际运行过程中，由于负荷、锅炉燃烧工况、煤种、喷氨格栅 阀门开度、烟道流场均匀性、吹扫间隔时间等因素均会影响SCR脱硝效率和氨 逃逸率。逃逸氨在空预器中会生成黏性的硫酸铵或硫酸氢铵，减小空预器流通截 面，造成空预器堵灰。空预器堵灰不仅影响锅炉运行的经济性而且显著降低锅炉 安全性，严重影响脱硝机组的安全稳定运行。目前燃煤电厂可以选择新型的 SCR 脱硝系统喷氨格栅类型、布置方式及改 造喷氨管，调整喷氨量和喷复均匀性，改进催化剂入口氨氮比，优化烟气导流板 布置、烟气流速的均布性，或研发与应用烟气脱硝系统自动控制技术。通过提升 自控系统稳定性和可靠性等措施，可提高SCR脱硝系统出口 NOx分布均匀性，防止局部氨选逸超标，减轻空预器堵灰、腐蚀、运行阻力等问题。某厂由于投产时间早，投产时由于国家环保要求不高，脱硝系统按出口氮氧 化物排污浓度 200mg/m3 设计。随着国家环保要求的提升，为满足发改能源 20142093号文件煤电节能减排升级与改造行动计划（20142020 年） 的要求，该厂将氮氧化物排放浓度稳定的控制到50mg/m3以下，该厂进行了 SCR烟气脱硝提效改造，主要是加装5号炉第三层及6号炉第二层催化剂来达 到 NOx 浓度超低排放。通过上述改造措施，能够将氮氧化物浓度控制到50mg/m3以下，但运行过 程中存在局部氨逃逸偏大，自动跟踪系统满足不了运行要求等问题，导致还原剂 耗量高、空预器阻力上升较快等问题。因脱销系统投产时SCR烟气脱硝系统采 用传统的线性控制式喷氨格栅技术。而目前脱硝系统新型结构改造经济成本高、周期长，在现有SCR脱硝系统 中开展喷氨优化调整试验，是目前提高氨利用率、减少NOx污染物排放的主要x手段，调节SCR脱硝系统喷氨量，改善SCR脱硝系统出口 NOx分布均匀性和x氨利用率。1试验对象及参数该厂700MW超临界燃煤5、6号机组的烟气脱硝系统采用选择性催化还原 法（SCR ）脱硝工艺和板式催化剂，催化剂按“2 + 1"模式布置，选用二氧化钛、 钒化合物作为催化剂，采用液氨制备脱硝还原剂。SCR 烟气脱硝系统采用线性控制式喷氨格栅技术。喷氨格栅中各组喷嘴之 间的气氨喷射具有较强的独立性。SCR脱硝系统入口每侧布置3层上下交错的 喷氨格栅，21 支控制喷氨量分配的喷氨手动门。每个手动门控制3 根支管。每 组3 个手动门分别对应烟道截面前后部分喷氨。1.1 试验仪器及调整方法SCR脱硝系统喷氨优化试验是根据GB/T161571996固定污染源排气 中颗粒物测定与气态污染物采样方法，DL/T3352010火电厂烟气脱硝 （SCR ）装置运行技术规范开展的。根据测定的SCR脱硝系统出口 NOx浓度分布情况，调整手动阀门开度，对 应调节喷氨流量。试验时要保证煤质负荷及配风方式等条件的稳定。由于锅炉炉 型、燃烧方式、燃用煤种的限制，目前的设备状况决定了该厂5、6号锅炉炉膛 出口氮氧化物已经没有明显改进空间，故在设备不进行改造的情况下无法通过燃 烧调整显著降低SCR入口的NOx产生浓度。x同时，由于5、6号锅炉炉膛较宽，炉膛出口氮氧化物浓度分布均匀性偏差 较大。根据投运磨组合方式、机组运行负荷、煤质等的不同，锅炉炉膛出口 NOx 浓度分布均匀性偏差较大。目前炉膛出口 NOx浓度大小相差约±50mg/m3，环保政策超低排放限制要 求烟囱入口 NOx浓度低于50mg/m3，为保证NOx浓度不超标，实际运行时一 般都要求控制NOx浓度低于40mg/m3，此种情况下，容易出现局部位置的入 口 NH3/NOx摩尔比超过1.0，造成局部氨逃逸过大，进而引发局部氨逃逸过大 导致的空预器阻力快速上升问题。为此，通过进行喷氨调整试验来评估现有流场和氨混合系统能够满足超低排 放需要，并决定是否需要进一步改造。1.2 测试内容和方法SCR 脱硝装置的喷氨优化调整试验主要在机组常规高负荷（100%负荷）进 行，并在高、中、低负荷（100%、75%、50%）下进行验证和微调。根据现场 条件和测试要求，试验过程如下：预备与摸底试验：在100%负荷下实测反应器进、出口 NOx浓度、氨逃逸 等，分别与在线CEMS分析仪表的DCS显示值进行比较，为正式试验做准备。 机组运行稳定，锅炉运行氧量、磨投运组合方式等情况下，减少脱硝装置入口 NOx的波动。喷氨优化调整：在机组100% （负荷稳定）负荷下，根据SCR反 应器出口截面的NOx浓度分布，对反应器入口水平烟道上的AIG喷氨格栅的手 动阀门开度进行调节，最大限度提高反应器出口的NOx分布均匀性。AIG 优化校核试验：在机组100%、75%、50%负荷下，在设计脱硝效率下 测量反应器进出口的NOx浓度分布和氨逃逸，评估优化结果,并根据结果对AIG 手动调阀进行微调。在SCR反应器的进口和出口烟道截面，分别采用等截面网格法布置烟气取 样点。在反应器平台布置一套TESTO350型烟气分析仪，烟气经不锈钢管引出 至烟道外，再经过除尘、除湿、冷却等处理后，最后接入烟气分析仪进行分析。 利用烟气分析仪，在反应器的进出口逐点切换采集烟气样品，分析烟气中的NO 与O2含量，可获得烟道截面的NOx浓度分布。取反应器进、出口的NOx浓度 的算术平均值计算脱硝效率。根据反应器出口截面的NO浓度分布，每台反应 器选取6 个代表点作为 NH3 取样点。1.3 摸底试验根据测试，5、6号机组在负荷稳定时目前脱硝装置入口 NOx浓度在约 300mg/m3左右，此入口 NOx浓度低于原设计的NOx。xx5号机组负荷680MWA、B、C、D、E、F磨煤机投运，SCR投入自动控制 前提下进行摸底测试，乍为喷氨优化调整前基准工况。6号机组负荷620MWA、 B、C、D、E、F磨煤机投运,SCR投入手动控制前提下，进行对比测试。试验过程中，同步在每台反应器进、出口测量NOx浓度，同时在反应器出 口采集氨逃逸样品，用于计算脱硝效率与氨逃逸，初步评估脱硝装置的效率和氨 喷射流量分配状况。测试结果（表1）表明，喷氨优化调整试验前，5号炉脱硝装置A、B两侧 脱硝效率分别为 69.6%、87.2%，A、B 两侧烟道截面平均氨逃逸浓度分别为 1.7 pL/L、5.2pL/L,A、B侧单点最大氨逃逸分别为2.4pL/L、12.7pL/L;6号炉脱 硝装置A、B两侧脱硝效率分别为76.2%、84.7% , A、B两侧烟道截面平均氨 逃逸浓度分别为 1.2pL/L、0.9pL/L，A、B 侧单点最大氨逃逸分别为 2.3pL/L、 1.6pL/L。表 1 优化调整前的脱硝效率、氨逃逸分析对比5号机组脱硝反应器出口 NOx分布结果见图1、2。摸底试验工况下A、B侧脱硝反应器入口 NOx分布相对偏差在10%以内， 说明入口 NOx分布相对较为均匀。A侧喷氨量65kg/h启侧喷氨量75.18kg/h。x实测A侧入口 NOx浓度263.8mg/m3月侧入口 NOx浓度274.5mg/m3 ；DCSxx显示A侧入口 NOx浓度263.1mg/m3，B侧入口 NOx浓度296.5mg/m3。实xx测A侧出口 NOx浓度80.3mg/m3，NOx浓度最大值为134.0mg/m3，最小值xx为 47.8mg/m3°B 侧出口 NOx浓度 35mg/m3 NOx浓度最大值为 67.2mg/m3，xx最小值为16.7mg/m3 ； DCS显示A侧出口 NOx浓度87.8mg/m3，B侧出口xNOx浓度68.3mg/m3。图15号炉脱硝反应电好枷朋釦;-图1 5号炉脱硝反应器出口 NOx分布图x14 _060a.oD.0££I0 哙 e EE- EG d14D.0-100.(144).017.(17NO磁马MO1 jujIHWrikllta图2 5号炉摸底试验反应器出口测孔内NOx及氨逃逸分布A侧反应器出口截面NOx浓度分布相对标准偏差为27.0%，初步计算第一 层催化剂入口 NH3/NO摩尔比偏差为8.2% ； B侧反应器出口截面NOx浓度分 布相对标准偏差为39.0%，初步计算第一层催化剂入口 NH3/NO摩尔比偏差为 5.0%。从图2可以看出，摸底试验表现出A侧靠近中心线位置处存在单点过大 的情况，但整体NOx浓度分布无明显规律。根据实测值与表盘氨气用量，B侧 由于喷氨量高于A侧，导致B侧的氮氧化物较A侧低，且B侧由于喷氨不均， 出现了氨逃逸超过3pL/L的点，意味着B侧空预器堵塞的风险较A侧高，烟风 系统也显示B侧空预器阻力高于A侧约300Pa，反映出现场实测数据无误。对比6号机组脱硝反应器出口 NOx分布结果（图3和图4）:摸底试验工 况下A、B侧脱硝反应器入口 NOx分布相对偏差在10%以内，说明入口 NOx 分布相对较为均匀。A侧喷氨量75.6kg/h,B侧喷氨量78.1kg/h。实测A侧入 口 NOx浓度 291.5mg/m3 , B 侧入口 NOx浓度 261.5mg/m3 ； DCS 显示 A 侧 xx入口 NOx浓度342.5mg/m3 , B侧入口 NOx浓度310.6mg/m3。实测A侧出 xx口 NOx浓度69.4mg/m3 , NOx浓度最大值为143.3mg/m3，最小值为 15.1mg/m3。B 侧出口 NOx浓度 40mg/m3 ,NOx浓度最大值为 114.5mg/m3 ,xx最小值为15.5mg/m3 ； DCS显示A侧出口 NOx浓度51.1mg/m3 , B侧出口xNOx 浓度 42.7mg/m3。xA侧反应器出口截面NOx浓度分布相对标准偏差为44.7%，初步计算第一x层催化剂入口 NH3/NO摩尔比偏差为10.6% ; B侧反应器出口截面NOx浓度x分布相对标准偏差为63.1%，初步计算第一层催化剂入口 NH3/NO摩尔比偏差 为9.6%。从图3可以看出，摸底试验中反应器出口整体NOx浓度分布无明显规x律。对比摸底试验5、6号机组的测试数据,6号机NOx浓度分布相对偏差较小， 由于两台炉导流板、喷氨系统设计均相同，主要在于锅炉燃烧和喷氨支管阀门开度不一致。因此，6号机只需对部分喷氨支管阀门开度进行微调。由于5号机NOx浓度分布相对偏差较大，此次试验重点是对5号机进行调整。150.050.0H9B5BL100,0世瓏方向测审编号图3 6号炉脱硝反应器出口 NOx分布图1.4验证试验在5号机组600680MW稳定负荷条件下，根据摸底测试测得SCR反应 器出口截面的NOx浓度分布结果，对反应器入口竖直烟道上喷氨格栅不同支管 的手动阀开度进行调节，经过多次调整格栅开度，两个反应器出口截面的NOx 分布均匀性均有一定改善。为防止个别阀门开度过小导致流过此喷氨支管的稀释 风量过低，喷氨优化调整过程需要兼顾NOx均匀性和稀释风量的平衡