安徽省燃煤机组SCR脱硝装置运行情况及分析

马大卫，查智明，黄齐顺，许勇毅

(安徽省电力科学研究院，安徽合肥230061)

安徽省燃煤机组SCR脱硝装置运行情况及分析

马大卫，查智明，黄齐顺，许勇毅

(安徽省电力科学研究院，安徽合肥230061)

对燃煤机组SCR脱硝装置运行中问题进行了分析研究，探讨了烟气流场不均、NH3/NOx摩尔比分布不均、空预器结垢严重和脱硝CEMS代表性差的原因及相应措施。结果发现，通过脱硝入口烟道导流及整流、喷氨优化及严格控制氨逃逸率，明显改善SCR脱硝装置运行效果和提高脱硝效率，研究结果对节能减排工作有促进作用。

氮氧化物;SCR脱硝;喷氨优化;氨逃逸;CEMS

0 引言

氮氧化物(NOx)是大气主要污染物之一，也是造成光化学烟雾和酸雨的主要原因［1］。随着我国火电建设步伐的加快，控制燃煤电厂NOx的排放已成为电力工业“十二五”环保工作的重中之重。根据皖能源电力《关于加快推进全省“十二五”燃煤机组脱硝减排工程建设的指导意见》精神，加快推进全省“十二五”燃煤机组脱硝减排工程建设，确保实现全省NOx排放总量控制目标，安徽省率先于2012年开展脱硝环保改造。截止2014年6月，全省58台300MW以上机组的脱硝改造均告顺利结束，NOx排放量得到了明显的控制，全省“清洁火电”工作取得重大进展。2013年上半年，在全省全年火电发电量增长3%的同时，电力行业NOx的排放量同比下降了13.56%。2014年上半年，安徽电力行业NOx排放量占全社会NOx排放量的比重从46%降至32%，2014年统调燃煤火电机组NOx平均排放浓度为60.17mg/m3［2］。

选择性催化还原(SCR)技术工艺成熟、脱硝效率高、运行稳定，是目前国内外应用最为广泛的烟气脱硝技术［3］。在实际工程中，很难设计出与大型火电机组完全相匹配的SCR反应器，在低投资成本下，安全、稳定运行的高脱硝效率显得尤为重要。安徽省燃煤电厂经过SCR脱硝改造，总体运行良好，然大部分电厂SCR脱硝装置经过两年多的运行，一些较为普遍的问题逐步暴露出来(图1)，如:烟气流场均匀度、AIG喷氨分配和催化剂性能等，对机组安全、经济运行产生了重大影响，同时也给我省节能减排工作带来一定的困难。本文通过全省燃煤机组SCR脱硝运行中较为突出的问题:烟气流场不均、NH3/NOx摩尔比分布不均、氨逃逸超标造成空预器结垢严重和脱硝CEMS代表性差等进行逐一分析并提供相应解决措施，对大型燃煤机组的脱硝改造及安全稳定运行有一定的指导作用。

1 烟气流场不均

入口烟道和反应器内流场分布是影响SCR脱硝反应器性能的关键因素，改善流场的重点是提高催化剂入口截面烟气速度分布的均匀性。陈莲芳等［4］以1台600MW机组为例，对其SCR反应器入口烟道和反应器导流部件进行模拟优化设计，在烟道直角转弯处、SCR催化剂进口适当的增加一定数量的导流板、整流板并协调布置，可以明显优化流场，高速区域和低速区域显著减小，整个流场速度分布更加均匀。

图1 安徽省燃煤机组SCR脱硝装置运行中问题

造成脱硝SCR反应器流场分布不均的主要原因有:设计CFD模拟与实际偏差大;初始设计对不同负荷下烟气量的适应性差;导流板安装过少、错误或运行中脱落损坏。

目前，通过安徽省燃煤机组脱硝性能试验发现，部分机组存在一定程度的SCR脱硝进、出口流场分布不均情况。

例如:在对某电厂5号机组脱硝性能试验中发现，在A、B反应器脱硝进、出口中存在不少烟气流量与平均值偏差大于15%数据，烟气流速相关数据如表1所示。

表1 A、B反应器进出口烟气流量测试结果(负荷300MW)

SCR脱硝反应器流场不均造成的危害主要有以下几点:局部流速过大，对催化剂会造成一定的冲刷磨损;局部NOx质量流量过大，超过催化剂的反应能力，导致脱硝效率降低;喷氨流量分配调整困难，严重时无法调整。

该电厂根据测试结果，在5号机组用大修时期仔细检查各处导流板是否脱落，并在直角弯道增加导流板，转化为1/4圆弧型弯道，以消除低速区。在SCR脱硝催化剂入口处增加导流板数量，协调布局改善速度场分布的均匀性，使得水平各测点流量分布一致，经过改造后脱硝效率有了较大幅度提高。

2 NH3 /NOx摩尔比分布不均

NH3/NOx摩尔比是SCR装置设计和运行中的重点和难点。在实际工程中，很难有设计出与大型火电机组完全相匹配的SCR反应器，因此在低投资成本和高脱硝效率的要求下，良好的NH3/NOx摩尔混合效果对提高脱硝效率显得尤为重要。

NH3/NOx摩尔比断面分布是否均匀可以通过出口NOx断面分布和CEMS代表性情况来判断，NH3/NOx摩尔比断面分布不均可能是AIG喷氨不均或烟道流场不均造成的。NH3/NOx摩尔比断面分布比较小时，NH3和NOx的反应不完全，脱硝效率降低;摩尔比超过一定范围时，NOx的转化率不在增加，造成NH3的浪费，泄漏量增大，造成二次污染和空预器、GGH堵塞。

目前，通过安徽省机组脱硝性能试验发现，部分燃煤火电机组存在一定程度的NH3/NOx摩尔比分布不均情况(通过反应器出口NOx指代)。

例如:某电厂4号机组脱硝性能试验中发现，在A、B反应器进口NOx浓度与平均值偏差小于5%条件下，脱硝出口断面，尤其是反应器两侧NOx浓度与平均值偏差大于15%(加粗)，比较严重，相关数据见表2。

造成NH3/NOx摩尔比断面分布不均的主要原因有:

(1)AIG喷氨均匀但烟气流场不均;

(2)烟气流场较均匀但AIG喷氨不均。

通过运行参数及历史数据综合分析，得出是AIG喷氨不均是NH3/NOx摩尔比断面分布的主要原因。该电厂在根据分析结果进行喷氨优化试验，即调节AIG手动调节阀门，调整每路进氨支管手动调节阀的开度，动态的调整不同区域的喷氨量，实现脱硝SCR反应器出口NOx浓度均匀分布。

NH3/NOx摩尔比断面分布不均的危害:氨逃逸超标;还原剂耗量增加;脱硝效率降低;空预器或GGH堵塞。

表2 A、B反应器进出口烟气NOx浓度测试(负荷650MW)

3 氨逃逸超标

氨与NOx由于不完全反应，会有少量的氨与烟气一道逃逸出反应器。并与烟气中的SO3反应，形成(NH4)2SO4和NH4HSO4，具有强烈的腐蚀性，同时造成空预器积灰堵塞［5］。

氨逃逸超标的主要原因有:烟气流场与喷氨浓度场不匹配，即NH3/NOx摩尔比断面分布不均;催化剂积灰堵塞、中毒失活降低了有效的催化反应面积;热工自动逻辑是根据SCR出口NOx浓度或脱硝效率设计的，未考虑氨逃逸参数。

氨逃逸超标的危害主要有:造成还原剂氨的浪费，提高电厂运行成本和形成二次污染;生成硫酸氢铵堵塞空预器，造成换热效果低、本体阻力大，危害空预器、引风机和机组的安全运行;生成的硫酸铵固态粉末，堵塞催化剂，造成脱硝效率降低。

目前，我省已有多家电厂发生硫酸氢铵造成空预器堵塞的案例(详见表3)。

表3 空预器垢样X射线荧光光谱分析结果%

通过X射线荧光光谱仪垢样分析发现，A电厂3号、B电厂2号和C电厂5号空预器垢中SO3(指代NH4HSO4)含量分别为7.84%、2.63%和3.30% (一般粉煤灰中含量不高于1%)。2014年安徽省燃煤电厂煤炭含硫量全年平均为0.5%左右，为低硫煤，燃烧产生的SO3浓度较低，几家电厂脱硝性能试验中检测SO2/SO3平均转化率为0.8%左右，因此可以判定上述电厂空预器结垢主要原因是氨逃逸生成NH4HSO4造成。

建议采取措施进行SCR脱硝性能优化试验，严格控制脱硝装置氨逃逸率;加强蒸汽吹灰器吹灰频率或改成高频率声波吹灰器吹扫;考虑空预器选择合理的热元件的波形和材料。

4 脱硝CEMS数据代表性差

目前，安徽省脱硝联网机组59台，取2014年11月28日11∶00～12∶00时脱硝出口、烟囱进口的NOx和氧量一小时均值，分别折算到标态6%O2条件下，同时将折算后烟囱进口的NOx值减去脱硝出口的NOx值，进行数据统计得到表4。

表4 全省59台脱硝联网机组CEMS数据代表性分析

从表4中可以看出:

(1)烟囱进口NOx值减去SCR出口NOx值的绝对值大于15mg/m3的机组为31台，大于20mg/m3的机组分别为23台，分别占联网机组的53%和39%。表明安徽省脱硝联网机组将近一半烟囱进口与SCR出口NOx数值差距较大，个别电厂两者差值达到70～80mg/m3，脱硝出口NOx的CEMS数据代表性较差。

(2)烟囱进口NOx值大于SCR出口NOx值的机组为33台，其中差值大于10mg/m3的机组为26台，大于20mg/m3的机组为14台，所占联网机组比例分别为56%、44%和24%。对于2012年1月1日后通过环评的新建机组，NOx的排放标准为100mg/m3，20mg/m3的差值很可能造成脱硝出口监测排放合格，由此设定的脱硝效率运行脱硝反应器，而造成在烟囱处NOx排放超标。

CEMS数据代表性差的原因:在脱硝反应器出口处CEMS所取数据有限，而脱硝出口浓度场不均导致CEMS取到的数据不具有代表性。烟气经过脱硫塔脱硫后充分喷淋洗涤混合后，烟气中NOx混合的较为均匀，因此烟囱入口处CEMS中NOx值与脱硝出口处相比呈现升高或降低的现象。

CEMS数据代表性差的危害主要有:若CEMS监测NOx浓度低于实际排放NOx浓度，这时CEMS显示脱硝效率会很高，运行人员会减少氨的喷入量，这样会造成实际的NOx排放浓度进一步升高，还有可能超过排放限值的要求，不利于环保监督考核，也会增加电厂相应的排污费用;若CEMS监测NOx浓度高于实际排放NOx浓度，CEMS显示脱硝效率低，增加氨的喷入量，不仅增加了氨的消耗量，长时间会造成硫酸氢氨对空预器低温段的腐蚀和堵灰。

5 结语

燃煤机组SCR脱硝装置运行情况直接关系着电厂氮氧化物排放及相关环保电价的获取程度。在对脱硝入口烟气流场不均、NH3/NOx摩尔比分布不均、空预器结垢严重和脱硝CEMS代表性差的原因进行分析并采取相应措施。结果发现通过脱硝入口烟道导流及整流、喷氨优化及严格控制氨逃逸率，明显改善SCR脱硝装置运行效果和提高脱硝效率，从各个源头降低故障的发生，为企业更好的做好节能减排工作奠定良好的数据支撑基础。

［1］黄诗坚.NOx的危害及其排放控制［J］.电力环境保护，2004，20 (1):24－25.

［2］马姝瑞.安徽完成火电大机组脱硫脱硝改造推进“清洁火电”［EB/OL］.新华网，http://news.xinhuanet.com/tech/2014－08/ 14/c_126867626.htm，2014－08－14.

［3］王文选，肖志均，夏怀祥.火电厂脱硝技术综述［J］.电力设备，2006(8):1－5.

［4］陈莲芳，周慎杰，王伟.选择性催化还原烟气脱硝反应器流场的模拟优化［J］.动力工程学报，2010，30(3):224－229.

［5］Huang Z G，Zhu Z P，Liu Z Y，et al.Formation and reaction of ammonium sulfate salts on V2O5/AC catalyst during selective catalytic reduction of nitric oxide by ammonia at low temperatures［J］.J Cat al，2003(214):213－219.

［6］Kiefer R.Post combustion NOxcontrolmeasures and operating experience［J］.Power Gen Europe，2001(11):107－110.

Operation and analysis of SCR denitrification system in Anhui coal－fired units

Operation problems of coal－fired units SCR denitrification were analyzed，discussed the flue gas flow field uneven，NH3/NOxmole ratio of the uneven distribution，air pre－heater fouling serious and denitration CEMS poor representation of causes and correspondingmeasures.It was found through the inlet flue denitration diversion and rectification，ammonia injection optimization and strict control of ammonia eacape rate，significantly improved operating results SCR denitrification system and improve the efficiency of denitrification，research results significantly promote the action of energy saving and emission reduction in power industry.

nitrogen oxides;SCR denitrification;ammonia injection optimization;ammonia escape;CEMS

X701.7

B

1674－8069(2016)02－022－04

2015-10-21;

2015-12-07

马大卫(1982-)，男，安徽庐江人，工程师，博士，主要从事燃煤电厂环保设施性能优化工作。E－mail:dwma@mail.ustc.edu.cn