關于630MW機組SCR脫硝噴氨優(yōu)化調整的研究

1、關于630MW機組SCR脫硝噴氨優(yōu)化調整的研究【摘要】今年來，隨著SCR脫硝裝置成為大型火電機組的必備設備，在使用過程一些問題逐漸顯現(xiàn)出來，其中之一就是噴氨不均帶來的氨逃逸率局部過高，引起空預器阻塞的問題，這個問題甚至在很多機組造成過機組被迫停運的嚴重后果。本文將就該問題的產(chǎn)生和如何解決展開研究，以獲得一個良好的解決方案保證設備的穩(wěn)定運行?！娟P鍵詞】SCR脫硝 噴氨 氨逃逸 空預器堵塞 1 前言隨著近年來環(huán)保部門不斷制定更高的排放標準，脫硝系統(tǒng)已經(jīng)幾乎成為所有火電機組的標配，另外由于催化劑工藝技術的不斷提高，SCR逐步成為主流脫硝技術。在實際的使用過程中，很多問題也漸漸暴露出來，如氨

2、氣不純帶來的管道腐蝕、吹灰效果差帶來的催化劑堵塞和損壞等等，都對設備甚至整個機組的穩(wěn)定運行帶來風險，而本文所討論的噴氨不均的問題是其中風險最大的，其帶來的不良后果，逐漸引起人們的重視。煙氣脫硝SCR裝置在設計階段通常會進行CFD流暢模擬和物理模型試驗對煙道內的流場進行優(yōu)化以保證SCR入口截面的煙氣流速和NOx分布較為均勻。但往往由于現(xiàn)場空間限制或安裝等因素影響，加上調試階段對噴氨格柵的優(yōu)化調整重視不夠，實際運行過程中出現(xiàn)SCR出口截面NOx分布偏差大，部分區(qū)域氨逃逸超過設計保證值（3µL/L）的現(xiàn)象。這會影響系統(tǒng)整體的脫硝效果，并會增加空預器的硫酸氫銨腐蝕和堵塞風險，給系統(tǒng)的經(jīng)濟穩(wěn)定

3、運行帶來很大的危害。因此,十分有必要對SCR裝置進行噴氨優(yōu)化調整，即通過調整SCR入口每根噴氨支管上的手動調閥改變不同位置的噴氨量，從而改善出口NOx 和NH3分布的均勻性，在保證裝置脫硝效果的同時, 減少裝置的運行成本, 提高裝置的可用率。 某項目公司三期2×630MW機組超臨界機組于05、06年相繼投產(chǎn)，2012年通過大修技改完成增設脫硝系統(tǒng)改造，該脫硝系統(tǒng)采用SCR技術，反應器內按“2+1”模式布置蜂窩式催化劑每層催化劑上方設6只聲波吹灰器以保持催化劑表面清潔。SCR裝置內沿煙氣流向在煙道不同位置設導流板、靜態(tài)混合器和整流器等裝置使進入催化劑上方的煙氣流場均勻具體布置見圖1。來

4、自公用系統(tǒng)的氨與稀釋風混合后經(jīng)噴氨格柵（AIG）進入SCR煙道氨噴射采用格柵式小噴嘴，在入口水平直段煙道截面上從頂部將9根支管伸入煙道，每根支管設手動蝶閥實現(xiàn)煙道截面上的氨噴射流量分區(qū)控制。2 煙氣脫硝的氨逃逸問題選擇性催化還原法脫硝（SCR）的原理是在催化劑作用下，還原劑NH3在290-400下有選擇的將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發(fā)生NH3與O2的氧化反應，從而提高了N2的選擇性，減少了NH3的消耗。其中主要反應如下：4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O8NH3+6NO2=7N2+12H2O4NH3+3O2=2N2+6H2O4NH3+5O2=4NO+6H2O2NH3可逆生成N2+3

5、H2。由于各種原因，必然有部分氨氣未能參與反應，隨煙氣排放，形成氨逃逸。脫硝過程中同時也會發(fā)生一些不利的副反應，催化劑中的活性組五氧化二釩在催化降解NOx的過程中，也會對SO2的氧化起一定催化作用。SO2的活性組分V2O5含量、煙氣溫度的增加而上升，要求控制在1%以下，其反應如下：V2O5+SO2V2O4+SO3;2SO2+O2+V2O42VOSO4;2VOSO4V2O5+SO2+SO3。另外，鍋爐燃燒也會產(chǎn)生一部分SO3，逃逸氨和這些燃燒產(chǎn)生的以及在SCR脫硝裝置區(qū)域轉化生成的SO3發(fā)生反應，生成硫酸銨和硫酸氫銨，反應如下：NH3+SO3+H2ONH4HSO4;2NH3+SO3+H2O(NH

6、4)2SO4。硫酸銨和硫酸氫銨的形成互相起一定的促進作用，硫酸銨為干燥固體粉末，對空預器幾乎無影響，而硫酸氫銨是一種粘性很強的物質，當其到達空預器冷端時，由于溫度低于硫酸氫銨熔點，它會凝結在換熱元件上，同時煙氣中的粉塵也會附著在上面，蒸汽吹灰都很難將其清除。如果產(chǎn)生的硫酸氫銨量達到一定程度，就很容易導致空預器的堵塞，危及到機組的安全運行。 3 噴氨優(yōu)化方案和措施某廠一臺630MW機組運行中發(fā)現(xiàn)空預器差壓偏大，在調停期間，對堵塞物進行取樣分析，發(fā)現(xiàn)含有大量硫酸氫銨。對該時間段的負荷變化情況和氨逃逸率調取歷史記錄，未發(fā)現(xiàn)負荷波動大和氨逃逸率升高的狀況。而在進一步的調查中發(fā)現(xiàn)，噴氨量有明顯

7、增加的跡象。綜合分析之后，決定對該機組SCR反應器做煙氣流場檢測和反應器進、出口NOx濃度檢測，以此為噴氨均布優(yōu)化提供依據(jù)。對SCR反應器噴氨格柵上游煙道（簡稱：SCR入口截面）按單側劃分成10×4網(wǎng)格進行NOx濃度和煙氣速度場逐點測試，使用一根約4米的探針，通過預留的測量孔依照插入深度可取得縱向的4個點的數(shù)據(jù)。測試結果為：（1）A側SCR入口截面處平均NOx濃度為101.6ppm；（2）B側SCR入口截面處平均NOx濃度為100.7ppm。  通過圖表一和二可以看出，脫硝反應裝置入口NOx濃度較為平均，這樣有利于對出口NOx濃度變化的分析。 根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)

8、計結果，如圖表三、四，可以看出脫硝入口的煙道靠近中間側的煙氣流速較兩側位置明顯偏高（A1點為固側，B10點為擴側），這和現(xiàn)場的煙道布置相一致。 對SCR反應器出口煙道截面兩側分別按7×4網(wǎng)格劃分成氨濃度分布場進行逐點檢測。初測摸底的結果如圖表五、六，數(shù)據(jù)顯示SCR出口NOx濃度偏差很大，經(jīng)過計算A、B側的濃度標準偏差已分別達到了46.09%、45.13%。  另外，通過與SCR入口噴氨量的檢測結果（如圖表七、八）比對，出口NOx濃度反應和噴氨量有多點存在明顯不一致，B側較A側更為突出。這反映出在這些點出現(xiàn)了噴氨不足或者過量的情況。 通過對SCR入口截面的NOx分布場和煙氣速

9、度場、SCR出口截面的NOx分布場測試的結果，計算單位時間NOx脫除量及NH3消耗量。同時，記錄氨氣質量流量計的累計值，測試結束后計算單位時間氨消耗量。NH3物質平衡計算及氨耗量統(tǒng)計結果對照如下： 對A、B側SCR反應器的2×21=42支噴氨流量孔板的差壓、靜壓及風溫和稀釋風機出口風速進行了測量，由42支噴氨流量累計求得氨空氣混合氣體流量為4624.6Nm3/h，且稀釋風機出口流量為4795.6 Nm3/h，兩者偏差3.7%?；谝陨蠑?shù)據(jù)對噴氨格柵各支管調節(jié)閥門開度進行調整，經(jīng)過兩次調整后，噴氨均布情況和氨消耗量有了明顯改善。 根據(jù)最終的檢測結果，脫硝反應器A、B側NOx濃度的標準偏差已經(jīng)分別下降至18.47%和21.16%，達到了比較好的效果。由于部分閥門達到調整極限，未能實現(xiàn)最理想效果。下一步計劃在大修當中對噴氨格柵進行全部疏通，將催化劑內的堵灰全部清除之后，再進行一次調整優(yōu)化。4 結語目前應對氨逃逸問題和空預器