SCR烟气脱硝系统NO浓度场优化试验研究
发布日期：2019-11-18 来源：《电力科技与环保》 作者：《电力科技与环保》 浏览次数：1220
摘要:在燃料种类、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、炉膛气流分布等条件确定的情况下，控制好喷氨均匀性及氨加入量是保证出口NO浓度场均匀性、脱除率及逃逸氨的关键所在。以某发电厂660MW机组脱硝系统为研究对象，设计了1种控制氨逃逸的优化调整方法，主要根据脱硝系统入、出口NO浓度分布情况调整喷氨系统，以使喷氨分布均匀。优化调整后脱硝系统出口NO浓度场分布均匀性明显改善，出口NO浓度偏差值降低，供氨量和出口氨逃逸平均浓度显著下降。该方法能有效改善脱硝系统出口NO浓度分布，降低喷氨量和氨逃逸浓度。减小SCR脱硝工艺对空气预热器带来的不利影响，在保证NO达标排放的同时，实现安全生产。
引言
目前在我国大型燃煤发电机组多采用可再生容克式空气预热器对锅炉供风进行加热。空气预热器中、低温段烟气温度低于NH4HSO4的液化温度，在此温度范围内处于液相区的NH4HSO4具有很强的粘附性，会迅速黏附在换热元件表面，进而吸附大量烟气中的飞灰，最终导致飞灰大量沉积于金属壁表面或卡在层间，使得空气预热器烟气侧流通截面积减少，导致空气预热器堵塞、腐蚀，最终导致空气预热器出现压降上升，换热效率降低等现象。威胁空气预热器的安全运行。
在燃料种类、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、炉膛气流分布等条件确定的情况下，控制好喷氨均匀性及氨加入量是保证出口NO浓度场均匀性、脱除率及逃逸氨的关键所在。喷氨量过低会影响NO的脱除率，喷氨量过大，不仅会增加运行成本，还会影响空预器甚至除尘器安全稳定运行。由于脱硝系统在线监测点位往往安装在烟道特定位置，只能监测某一点位的浓度值，与实际浓度场偏差较大。因此，通过喷氨优化试验，可调整脱硝系统氨分布，从而降低脱硝系统氨逃逸量，其对机组的节能、安全稳定运行具有重要意思。
本文针对某发电厂660MW超临界燃煤发电机组脱硝系统运行3年后出现的脱硝效率下降，空气预热器阻力上升，换热效率降低等问题。对该厂脱硝系统NO浓度场进行了优化试验研究。
1优化试验方法及条件
该厂脱硝系统喷氨格栅采用线性控制式喷氨技术，其特点是氨/空气混合气母管先分为6组支管，每组支管又引出3支分支沿垂直烟道方向进入烟道，每根分支管进入烟道不同的纵深，并设置若干个喷嘴进行氨/空气混合气的喷射。每根分支管的流量可以单独调节，以匹配烟气中NO的含量。示意图如图1所示。
图1喷氨格栅示意
测点的布设:在SCR脱硝系统入、出口单侧水平烟道上根据喷氨格栅6组支管对应设置6个测孔，每组喷管对应一个测孔。由南向北分别标记为测孔1至6。本次采用了等面积网格布点的原则，对所有测孔进行了测试，每个测孔沿不同纵深设3个采样点。
为了提高SCR脱硝系统出口NO浓度场均匀性降低氨逃逸量，就必须使喷入脱硝系统的氨气与烟气中的NO在脱硝反应器内呈对应分布。因此需要根据NO浓度场分布情况调整各区域供氨量，提高脱硝反应器出口NO浓度场均匀性。
浓度场均匀性调整流程如图2所示。第一步，测量脱硝反应器入、出口流场，NO浓度初始浓度分布并计算浓度场平均偏差;第二步，根据测试结果初步调整各区域喷氨格栅阀门开度大小;第三步，再次测量反应器出口NO浓度场分布并计算浓度场平均偏差。如果偏差大，重复第二步和第三步;如果偏差小且排放要求，即完成NO浓度场均匀性调整工作。
图2喷氨格栅调整流
试验期间机组满负荷稳定运行，锅炉运行工况及燃烧煤种稳定，A、B两侧引风机电流、挡板开度基本稳定，保证脱硝系统入口NO浓度变化在±5%范围内。反应器出口NO浓度按下式计算:
式中:Ci为测点对应的NO浓度，mg/m3;n为反应器入口测点数量。
反应器出口NO浓度平均偏差:
式中:η为反应器出口的NO浓度平均偏差，%。
2 SCR系统出口NO浓度场均匀性研究
2.1烟气流场均匀性测试
SCR脱硝系统入口烟气流量和NO质量浓度的叠加能反应出入口的NO浓度场的分布，同时烟气流速对脱硝反应停留时间和催化剂的磨损都有影响。对SCR的入口流场进行测试，结果见图3。
图3调整前，SCR脱硝系统入口流场测试
图3为优化调整前SCR脱硝系统入口水平烟道测点1m，2m，3m处3个不同深度的烟气流速。从图3可以看出，A、B侧入口烟道中部位置流速相对较大，两侧流速较小，横向流场有较小偏差，A、B侧入口烟道平均偏差分别为9.14%和7.95%，烟气流速平均可保持在20.33m/s和18.74m/s左右。烟道纵向流场基本均匀，整体分布较为均匀。
2.2优化前SCR入、出口NO浓度场均匀性测试
喷氨优化前SCR脱硝系统入口NO浓度场试验结果见图4和图5。
图4调整前SCRA侧入口NO浓度场
图5调整前SCRB侧入口NO浓度场
从图4、5可知，在水平方向上，烟道中部NO浓度相对较高，两侧较低;在垂直方向上，不同烟道深度NO浓度变化不大。A、B两侧浓度场平均偏差分别为6.46%和8.03%。
图6调整前SCRA侧出口NO浓度场
图7调整前SCRB侧出口NO浓度场
SCR脱硝系统A、B侧出口NO浓度场测试结果如图6和图7所示。SCR系统A、B侧出口NO浓度场平均偏差分别为40.83%和26.50%。从图6、7能明显看出A、B两侧靠近锅炉中心线的区域NO含量较高，表明这些区域喷氨相对较少，而远离锅炉中心线的区域NO含量较低，表明这些区域喷氨相对过量，因此需要对喷氨系统进行优化调整。
2.3优化后SCR系统出口NO浓度场均匀性结果
SCR脱硝系统出口NO浓度场均匀性研究结果如图8和图9所示。
图8调整后SCRA侧出口NO浓度场
图9调整后SCRB侧出口NO浓度场
经过优化调整后，脱硝系统A、B两侧靠近锅炉中心线的区域NO含量较调整前有所降低，远离锅炉中心线的区域NO浓度含量较调整前有所增加，脱硝系统A、B两侧出口NO浓度场平均偏差分别降为9.65%和8.20%，均小于10%。
2.4SCR脱硝系统氨逃逸及供氨量优化
图10为优化调整前后氨逃逸浓度值变化情况。图10中，1～6为A侧烟道测点，7～12为B侧烟道测点。优化调整前脱硝系统A、B两侧靠近锅炉中心线的区域逃逸氨浓度相对较低，外侧区域逃逸氨浓度相对较高，浓度偏差较大，且与调整前出口NO浓度场测试结果相一致。优化调整后脱硝系统A、B两侧逃逸氨浓度由2.13μL/L和2.95μL/L分别降至1.62μL/L和1.90μL/L。而优化调整后脱硝系统A、B两侧供氨量也有不同程度降低，分别下降了8.3%和10.6%。氨逃逸的降低和供氨量的下降不仅对后续设备的稳定运行起到一定的助益作用，同时也实现的脱硝系统的节能降耗。
图10调整前后氨逃逸浓度变化
3优化后数据对比
从表1可见，脱硝系统优化后，A、B两侧出口NO浓度场偏差分别降低31.18%和18.30%。优化后脱硝系统出口NO浓度分布均匀性明显改善，出口氨逃逸浓度大幅降低，达到了优化预期的效果。
表1优化后数据对比
4结语
(1)做好脱硝系统的优化运行调整，可最大程度减小SCR工艺对空预器及后续设备带来的不利影响，在保证NO达标排放的同时，实现安全生产。
(2)以现场实测数据为基础，对脱硝系统进行优化试验调整，催化剂没有发生失效或局部活性降低的情况时，发现喷氨和烟道内各处NO分布不对应是导致出口NO浓度场偏差大、氨逃逸量高的主要原因。
(3)优化调整后脱硝系统出口NO浓度场分布均匀性明显改善，出口NO浓度偏差值降低，供氨量和出口氨逃逸平均浓度显著下降。
(4)该优化试验方案可为同类机组脱硝系统优化调整提供重要依据。
引言
目前在我国大型燃煤发电机组多采用可再生容克式空气预热器对锅炉供风进行加热。空气预热器中、低温段烟气温度低于NH4HSO4的液化温度，在此温度范围内处于液相区的NH4HSO4具有很强的粘附性，会迅速黏附在换热元件表面，进而吸附大量烟气中的飞灰，最终导致飞灰大量沉积于金属壁表面或卡在层间，使得空气预热器烟气侧流通截面积减少，导致空气预热器堵塞、腐蚀，最终导致空气预热器出现压降上升，换热效率降低等现象。威胁空气预热器的安全运行。
在燃料种类、炉膛结构、受热面布置、过量空气量、炉膛气流分布等条件确定的情况下，控制好喷氨均匀性及氨加入量是保证出口NO浓度场均匀性、脱除率及逃逸氨的关键所在。喷氨量过低会影响NO的脱除率，喷氨量过大，不仅会增加运行成本，还会影响空预器甚至除尘器安全稳定运行。由于脱硝系统在线监测点位往往安装在烟道特定位置，只能监测某一点位的浓度值，与实际浓度场偏差较大。因此，通过喷氨优化试验，可调整脱硝系统氨分布，从而降低脱硝系统氨逃逸量，其对机组的节能、安全稳定运行具有重要意思。
本文针对某发电厂660MW超临界燃煤发电机组脱硝系统运行3年后出现的脱硝效率下降，空气预热器阻力上升，换热效率降低等问题。对该厂脱硝系统NO浓度场进行了优化试验研究。
1优化试验方法及条件
该厂脱硝系统喷氨格栅采用线性控制式喷氨技术，其特点是氨/空气混合气母管先分为6组支管，每组支管又引出3支分支沿垂直烟道方向进入烟道，每根分支管进入烟道不同的纵深，并设置若干个喷嘴进行氨/空气混合气的喷射。每根分支管的流量可以单独调节，以匹配烟气中NO的含量。示意图如图1所示。
图1喷氨格栅示意
测点的布设:在SCR脱硝系统入、出口单侧水平烟道上根据喷氨格栅6组支管对应设置6个测孔，每组喷管对应一个测孔。由南向北分别标记为测孔1至6。本次采用了等面积网格布点的原则，对所有测孔进行了测试，每个测孔沿不同纵深设3个采样点。
为了提高SCR脱硝系统出口NO浓度场均匀性降低氨逃逸量，就必须使喷入脱硝系统的氨气与烟气中的NO在脱硝反应器内呈对应分布。因此需要根据NO浓度场分布情况调整各区域供氨量，提高脱硝反应器出口NO浓度场均匀性。
浓度场均匀性调整流程如图2所示。第一步，测量脱硝反应器入、出口流场，NO浓度初始浓度分布并计算浓度场平均偏差;第二步，根据测试结果初步调整各区域喷氨格栅阀门开度大小;第三步，再次测量反应器出口NO浓度场分布并计算浓度场平均偏差。如果偏差大，重复第二步和第三步;如果偏差小且排放要求，即完成NO浓度场均匀性调整工作。
图2喷氨格栅调整流
试验期间机组满负荷稳定运行，锅炉运行工况及燃烧煤种稳定，A、B两侧引风机电流、挡板开度基本稳定，保证脱硝系统入口NO浓度变化在±5%范围内。反应器出口NO浓度按下式计算:
式中:Ci为测点对应的NO浓度，mg/m3;n为反应器入口测点数量。
反应器出口NO浓度平均偏差:
式中:η为反应器出口的NO浓度平均偏差，%。
2 SCR系统出口NO浓度场均匀性研究
2.1烟气流场均匀性测试
SCR脱硝系统入口烟气流量和NO质量浓度的叠加能反应出入口的NO浓度场的分布，同时烟气流速对脱硝反应停留时间和催化剂的磨损都有影响。对SCR的入口流场进行测试，结果见图3。
图3调整前，SCR脱硝系统入口流场测试
图3为优化调整前SCR脱硝系统入口水平烟道测点1m，2m，3m处3个不同深度的烟气流速。从图3可以看出，A、B侧入口烟道中部位置流速相对较大，两侧流速较小，横向流场有较小偏差，A、B侧入口烟道平均偏差分别为9.14%和7.95%，烟气流速平均可保持在20.33m/s和18.74m/s左右。烟道纵向流场基本均匀，整体分布较为均匀。
2.2优化前SCR入、出口NO浓度场均匀性测试
喷氨优化前SCR脱硝系统入口NO浓度场试验结果见图4和图5。
图4调整前SCRA侧入口NO浓度场
图5调整前SCRB侧入口NO浓度场
从图4、5可知，在水平方向上，烟道中部NO浓度相对较高，两侧较低;在垂直方向上，不同烟道深度NO浓度变化不大。A、B两侧浓度场平均偏差分别为6.46%和8.03%。
图6调整前SCRA侧出口NO浓度场
图7调整前SCRB侧出口NO浓度场
SCR脱硝系统A、B侧出口NO浓度场测试结果如图6和图7所示。SCR系统A、B侧出口NO浓度场平均偏差分别为40.83%和26.50%。从图6、7能明显看出A、B两侧靠近锅炉中心线的区域NO含量较高，表明这些区域喷氨相对较少，而远离锅炉中心线的区域NO含量较低，表明这些区域喷氨相对过量，因此需要对喷氨系统进行优化调整。
2.3优化后SCR系统出口NO浓度场均匀性结果
SCR脱硝系统出口NO浓度场均匀性研究结果如图8和图9所示。
图8调整后SCRA侧出口NO浓度场
图9调整后SCRB侧出口NO浓度场
经过优化调整后，脱硝系统A、B两侧靠近锅炉中心线的区域NO含量较调整前有所降低，远离锅炉中心线的区域NO浓度含量较调整前有所增加，脱硝系统A、B两侧出口NO浓度场平均偏差分别降为9.65%和8.20%，均小于10%。
2.4SCR脱硝系统氨逃逸及供氨量优化
图10为优化调整前后氨逃逸浓度值变化情况。图10中，1～6为A侧烟道测点，7～12为B侧烟道测点。优化调整前脱硝系统A、B两侧靠近锅炉中心线的区域逃逸氨浓度相对较低，外侧区域逃逸氨浓度相对较高，浓度偏差较大，且与调整前出口NO浓度场测试结果相一致。优化调整后脱硝系统A、B两侧逃逸氨浓度由2.13μL/L和2.95μL/L分别降至1.62μL/L和1.90μL/L。而优化调整后脱硝系统A、B两侧供氨量也有不同程度降低，分别下降了8.3%和10.6%。氨逃逸的降低和供氨量的下降不仅对后续设备的稳定运行起到一定的助益作用，同时也实现的脱硝系统的节能降耗。
图10调整前后氨逃逸浓度变化
3优化后数据对比
从表1可见，脱硝系统优化后，A、B两侧出口NO浓度场偏差分别降低31.18%和18.30%。优化后脱硝系统出口NO浓度分布均匀性明显改善，出口氨逃逸浓度大幅降低，达到了优化预期的效果。
表1优化后数据对比
4结语
(1)做好脱硝系统的优化运行调整，可最大程度减小SCR工艺对空预器及后续设备带来的不利影响，在保证NO达标排放的同时，实现安全生产。
(2)以现场实测数据为基础，对脱硝系统进行优化试验调整，催化剂没有发生失效或局部活性降低的情况时，发现喷氨和烟道内各处NO分布不对应是导致出口NO浓度场偏差大、氨逃逸量高的主要原因。
(3)优化调整后脱硝系统出口NO浓度场分布均匀性明显改善，出口NO浓度偏差值降低，供氨量和出口氨逃逸平均浓度显著下降。
(4)该优化试验方案可为同类机组脱硝系统优化调整提供重要依据。