300 MW机组SCR脱硝系统喷氨优化调整研究

车垚，张鸿，陶莉，周艳明

（国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

300 MW机组SCR脱硝系统喷氨优化调整研究

车垚，张鸿，陶莉，周艳明

（国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

针对300 MW燃煤火电机组SCR脱硝系统出口NOX分布均匀性差，总排口与SCR出口NOX浓度偏差大等问题，对SCR系统喷氨格栅进行优化调整。调整结果表明，A/B两侧出口NOX浓度分布相对标准偏差从61.56%和69.57%下降至15.34%和21.84%。因此，喷氨优化对格栅式喷氨混合结构具有良好的调整效果，进而有效降低SCR氨逃逸水平，从而保证尾端设备的长期稳定运行。

SCR；喷氨；优化调整；脱硝系统

SCR装置在设计阶段通过流场模拟通常可以达到进入顶层催化剂表面的烟气流场均匀〔1－3〕。但由于省煤器出口烟气中NOX分布本身不是很均匀，同时SCR入口氨喷射系统支管道本身阻力不同，导致反应器出口截面NOX分布均匀性较差，进而导致SCR出口CEMS值与实际平均值偏差较大，表现为烟囱总排CEMS与SCR出口CEMS存在较大偏差〔4－5〕。因此，在长期运行过程中有必要进行喷氨优化调整，调节入口氨喷射系统喷氨合理性，从而最大限度地实现出口截面NOX分布的均匀性，避免局部区域氨逃逸过大〔6〕；在提高氨利用率的同时，降低空预器硫酸氢铵腐蚀的可能性，避免影响机组安全运行〔7〕。

1 喷氨优化调整机组

2015年9月以来，某电厂300 MW机组烟囱总排口CEMS中NOX浓度呈现大幅度波动现象(波动范围在98～185 mg/m3之间)，同时SCR系统出口A/B侧CEMS中NOX浓度的平均值与对应时间点烟囱总排口CEMS中NOX浓度值相差80～100 mg/m3，存在显著差异。因此，以该机组作为研究对象，考察通过喷氨优化可以达到最佳SCR出口NOX分布相对标准偏差水平，为其他同类型机组的喷氨优化调整提供实践参考。

2 优化调整的方法

2.1 SCR氨喷射系统

该机组SCR装置采用典型喷氨格栅，单侧反应器入氨喷射系统沿宽度方向分为6组，每组分为长、中、短3根喷氨支管，通过调整该18只喷氨支管开度，最终实现出口截面NOX分布均匀性。

2.2 喷氨优化调整方法

喷氨格栅的优化调整试验通常选择在100%锅炉负荷下进行，根据初次测得反应器出口截面NOX分布情况，增大或减小对应出口截面区域的喷氨支管调阀开度，反复调整，最终实现出口截面NOX分布相对标准偏差在20%以内为宜。

相对标准偏差的计算一般用出口NOX浓度的偏差系数CV表示，其值一般控制在20%以内。其计算方法为:

式中 xi为脱硝反应器出口某一点的NOX浓度；σ为脱硝反应器出口NOX浓度的标准偏差，x－为脱硝反应器出口处测量截面所有点的NOX浓度的平均值。

满负荷设计脱硝率测试，根据测试结果情况适当调整供氨支路阀门，并最终复测。

3 试验结果与分析

3.1 调整前SCR系统出口NOX浓度分布

首先对机组SCR系统出口NOX浓度分布进行测试，考察SCR系统出口NOX浓度分布的均匀性，测点采用网格法(9×3)布置，横向每侧设置9个测孔，每个测孔纵向设置3个测点，测点均匀覆盖测试断面，各测点位置分布如图1所示。

图1 SCR系统NOX/O2浓度测试测点布置

调整前SCR出口A/B侧O2和NOX分布测试结果如表1和图2，3所示。

表1 调整前SCR出口A/B侧O2和NOX分布测试结果

图2 调整前SCR系统出口A侧NOX浓度分布

图3 调整前SCR系统出口B侧NOX浓度分布

从现场测试结果可知，A侧和B侧的O2相对标准偏差为21.42%和20.73%，而NOX浓度分布的相对标准偏差分别为61.56%和69.57%，这表明调整前NOX浓度分布非常不均匀，其中A8，A9和B7，B8，B9对应烟道区域内的NOX浓度显著高于其他区域。因此需要针对上述区域的喷氨格栅入口阀开度进行适当调整，以减小上述区域的NOX浓度，从而降低A/B侧NOX浓度分布的相对标准偏差。

3.2 调整后SCR系统出口NOX浓度分布

根据前述SCR系统出口NOX浓度分布测试结果，将A8，A9，B7，B8和B9对应的喷氨调节阀门开度增大，从而加大对应位置断面的喷氨量，同时测量对应测孔位置的NOX浓度，直至NOX浓度降低到合理范围(调节完毕后A8，A9和B7对应喷氨调节阀门分别增加2格开度，B8，B9对应的喷氨调节阀门则接近全开状态)。喷氨调整结束后，SCR系统出口NOX浓度分布如表2和图4，5所示。

表2 调整后SCR出口A/B侧O2和NOX分布测试结果

图4 调整后SCR系统出口A侧NOX浓度分布

图5 调整后SCR系统出口B侧NOX浓度分布

从调整后的测试结果可知，进行喷氨调整后，A/B侧O2%相对标准偏差分别为7.07%和7.26%，这说明高负荷工况下，烟气气流具有较好的均布性；与此同时，A/B侧NOX浓度分布的相对标准偏差相比调整前分别下降至15.34%和21.84%，这说明喷氨调整有效降低了局部NOX浓度过高的问题，改善了A/B侧NOX浓度分布的均匀性，此时A侧NOX浓度已经达到均匀分布的范畴，但B侧由于B8，B9在最大喷氨工况下仍处于相对较高浓度，因此B侧NOX浓度离合理分布范畴还有一定距离。

3.3 故障诊断分析

3.3.1 CEMS监测值差异分析

经过数据整理与换算，SCR出口NOX浓度实测值、SCR出口CEMS和总排口CEMS的比较结果见表3。

表3 调整前后NOX浓度实测值与CEMS测试值的比较

从表3结果可知，调整前SCR出口A/B侧测试NOX平均浓度与SCR出口CEMS监测浓度的差值分别为25 mg/m3和14 mg/m3，调整后的差值分别为9 mg/m3和12 mg/m3，可见经过喷氨调整，SCR出口CEMS与实测值之间的差异得到明显改善；而SCR出口与烟囱总排口CEMS的差值也从调整前的32～53 mg/m3减小至16～25 mg/m3，差异性得到显著改善。

该机组SCR系统出口CEMS测点设置在A/B侧出口烟道的中间位置(分别对应测孔A4和B5)，因此当SCR系统喷氨均匀性较差时，实际SCR出口A/B侧NOX浓度与SCR出口CEMS测试浓度之间存在较大差异，因此，为确保SCR出口CEMS的监测值能够真实反映实际NOX的浓度，应在可调整范围内，尽量保证SCR系统出口NOX浓度的均匀分布。

3.3.2 SCR出口局部NOX浓度偏高的原因分析

经过实际测试，证明该机组SCR系统出口局部NOX浓度偏高，特别是当调整过程中将B8，B9对应喷氨调节阀门调整至全开状态，对应出口NOX浓度仍维持在较高范围(57～65 mg/m3)，因此，SCR系统可能存在下述故障，导致出口NOX浓度局部偏高。

1)SCR进口NOX浓度局部偏高。可能SCR进口处由于锅炉燃烧等多方面原因，导致烟气进入SCR系统时，入口NOX浓度分布存在较大偏差，从而表现为局部NOX浓度过高。

2)SCR进口气流流速局部过高。可能由于SCR进口处气流均布性较差，存在局部气流流速过高，经过导流板进入第一层催化剂上层时仍未得到有效改善，从而在相同喷氨量工况下，局部烟气中NH3浓度相对较低，同时烟气在该区域所属催化剂层停留时间相对较短，反应时间不足，进而导致SCR出口对应区域NOX浓度偏高的现象。

3)SCR系统局部催化剂失活。由于经过SCR系统的烟气未经除尘处理，含尘量较高(通常为15～27 g/m3范围内)，因此燃煤飞灰中的碱金属和砷化合物在催化剂表面的吸附结构中富集，在一定条件下将导致脱硝催化剂失活，丧失催化能力，SCR系统局部区域NOX处理能力不足，从而表现为SCR出口局部NOX浓度偏高。

4)喷氨格栅局部喷嘴堵塞。由于经过SCR系统的烟气含尘量高，在长期运行过程中，可能导致喷氨格栅中喷嘴的堵塞，造成相应区域烟气中NH3浓度过低，NOX处理能力不足，进而导致SCR出口对应区域NOX浓度偏高的现象。

4 结论与建议

4.1 结论

4.1.1 机组SCR出口与烟囱总排口CEMS中NOX浓度监测值差异较大的主要原因:

1)SCR系统入口NOX浓度分布相对标准偏差较大，导致局部NOX浓度偏高现象；

2)机组SCR系统出口CEMS测点位于系统中NOX浓度偏低的区域。

4.1.2 该机组SCR系统出口与烟囱总排口CEMS中NOX浓度监测值差异较大，还需注意几个方面:

1)SCR系统入口气流均布性。SCR系统入口气流均布性较差，将导致局部气流速度过高现象；

2)催化剂的活性。从实验数据分析，SCR出口NOX浓度偏高区域对应的催化剂层可能存在局部失活的现象；

3)入口喷氨格栅喷嘴。SCR出口NOX浓度偏高区域对应的入口喷氨格栅喷嘴可能存在堵塞故障。

4.2 建议

1)通过锅炉工况优化等手段，改善SCR系统入口NOX浓度的均布性；

2)后期大修技改期间，通过改良SCR系统入口导流设施，改善第一层催化剂上方气流分布的均匀性；

3)后期停机检修期间，对催化剂失活状况进行排查，并取样进行催化剂活性检测；

4)后期停机检修期间，检查喷氨格栅喷嘴是否存在堵塞，并对相关故障喷嘴进行清理。

〔1〕罗俊杰，宋文吉，陈金发，等.脱硝系统新型涡流喷氨混合装置流场数值模拟 〔J〕.热力发电，2011，40(11):55-57，64.

〔2〕曹志勇，谭城军，李建中，等.燃煤锅炉SCR烟气脱硝系统喷氨优化调整试验 〔J〕.中国电力，2011，44(11):55-58.

〔3〕雷达，金保升.喷氨格栅处烟气速度场对高效SCR均流与还原剂混合性能的影响 〔J〕.热能动力工程，2009，24(1): 113-119，147.

〔4〕汤元强，吴国江，赵亮.SCR脱硝系统喷氨格栅优化设计〔J〕.热力发电，2013(3):58－62.

〔5〕罗子湛，孟立新.燃煤电站SCR烟气脱硝喷氨自动控制方式优化 〔J〕.电站系统工程，2010(4):59-60.

〔6〕刘晓敏.烟气脱硝SCR装置喷氨优化研究 〔J〕.热力发电，2012(7):81-83.

〔7〕方朝君，余美玲，郭常青.燃煤电站脱硝喷氨优化研究 〔J〕.工业安全与环保，2014(2):25-27.

Optimization for Ammonia Injection of 300 MW Unit SCR Denitration System

CHE Yao，ZHANG Hong，TAO Li，ZHOU Yanming
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

In this paper，SCR system is optimized and adjusted according to the problems of the low uniformity of outlet NOXconcentrations and NOxlarge concentration deviation between the total discharge outlet and SCR outlet in 300 MW coal－fired power plant.The result shows that the relative standard deviations of NOXconcentration distributions on both sides of A/B is reduced from 61.56%to 15.34%and from 69.57%to 21.84%respectively.Therefore，this optimization method has a good effect on the grid-spray ammonia mixing structure，thus effectively reducing SCR ammonia escape level，so as to ensure the long-term stable operation of the subsequent equipments.

SCR；ammonia injection；optimization；denitration system

X701.3

B

1008-0198(2017)04-0069-04

车垚(1986)，男，湖北荆州人，工程师，博士，研究方向为电力系统环境保护。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.04.020

2016-11-04 改回日期:2017-05-04