1000MW电站锅炉SCR喷氨优化试验分析

马彦斌， 唐郭安， 陈广伟， 冯前伟

1000MW电站锅炉SCR喷氨优化试验分析

马彦斌， 唐郭安， 陈广伟， 冯前伟

（华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

论述了超临界电站锅炉喷氨优化过程，根据烟道内NOX浓度分布规律，有针对性的调整喷氨系统，从而降低了喷氨量，提高了SCR出口NOX分布均匀性，降低了氨逃逸浓度，减小了硫酸氢氨对空气预热器的腐蚀风险，并提高了脱硝效率。

喷氨优化； NOx浓度场； SCR； 氨逃逸

0 引言

目前我国环境保护部已经实施了《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223－2011）[1]，并普遍应用于燃煤电站，对NOx排放限制标准日益严格。随着选择性催化还原技术（SCR）日渐成熟，已经成为运用广泛的燃煤电站尾部烟气脱硝技术[2-4]。但由于现场技术人员对SCR运行认识有限，往往存在不能根据污染物分布进行有针对的喷氨，造成喷氨浓度偏大，导致氨逃逸浓度偏大的问题，降低了机组运行安全性及经济性。以某1000MW机组为例，在SCR投入运行一段时间后出现喷氨量偏大、脱硝效率下降、空预器阻力增大等问题。进行喷氨优化调整，提高SCR设备性能，找出入口流场分布规律、提高出口NOx分布均匀性，降低氨逃逸浓度，对提升机组运行的经济性和可靠性非常有必要。

1 设备概况

某电厂为1000MW燃煤机组，配套DG3000/26.15-II1型锅炉，为复合变压运行的超超临界本生直流锅炉，一次再热、单炉膛、尾部双烟道结构，采用烟气挡板调节再热汽温，固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、平衡通风、露天布置、前后墙对冲燃烧，燃用煤质参数见表1。

设计标态、湿基、实际O2，烟气量为2803km3/h，入口烟气温度为356℃，NOx浓度为400mg/m3，脱硝效率不低于80%，氨逃逸浓度不大于2.28mg/m3（标态、干基、6%O2），SO2/SO3转化率不高于1%。脱硝系统运行一年后，表盘氨逃逸浓度大幅超标，且空气预热器阻力明显升高，已经严重影响了机组运行的安全性。

表1 脱硝设计煤质

图1 1000MW工况调整前SCR入口沿宽度方向NOx分布

2 优化调整

2.1 原喷氨方案及运行现状

该厂在喷氨调整以前沿烟道宽度方向采用均匀喷氨的方式，在1000MW时对SCR的入口及出口NOx浓度分布进行测试，对SCR出口进行氨逃逸浓度测试，测试结果如下，沿宽度方向NOx分布不均匀，SCR入口A侧最小值及最大值分别为227mg/m3、317mg/m3，B侧最小值及最大值分别为188mg/m3、316mg/m3，A、B两侧NOx分布相

对标准偏差分别为7.0%、14.1%，NOx浓度呈现沿宽度方

向上两侧低中间高，沿烟道深度方向上差别较小的状态。

SCR出口A侧最小值及最大值分别为36mg/m3、164 mg/m3，B侧最小值及最大值分别为22mg/m3、174mg/m3，A、B两侧NOx分布相对标准偏差分别为42.0%、44.5%。出口氨逃逸浓度A、B两侧平均值分别为:2.41mg/m3、2.46mg/m3，均大于2.28mg/m3。

图2 1000MW工况调整前SCR出口沿宽度方向NOx分布

图4 8000MW工况调整前SCR入口沿宽度方向NOx分布

图5 8000MW工况调整前SCR出口沿宽度方向NOx分布

图6 800MW工况调整前SCR出口NH3分布

在800MW时对SCR的入口及出口NOx浓度分布进行测试，对SCR出口进行氨逃逸浓度测试，测试结果如下，沿宽度方向NOx分布不均匀，SCR入口A侧最小值及最大值分别为332mg/m3、484mg/m3，B侧最小值及最大值分别为299mg/m3、413mg/m3，A、B两侧NOx分布相对标准偏差分别为7.0%、11.4%，NOx浓度呈现沿宽度方向上两侧低中间高，沿烟道深度方向上差别较小的状态。

SCR出口A侧最小值及最大值分别为57mg/m3、134mg/m3，B侧最小值及最大值分别为38mg/m3、123mg/m3，A、B两侧NOx分布相对标准偏差分别为22.1%、27.5%。出口氨逃逸浓度A侧最小值及最大值分别为2.36mg/m3、2.70mg/m3，B侧最小值及最大值分别为2.37mg/m3、2.87mg/m3，均大于2.28mg/m3。

脱硝系统入口NOx分布是否均匀，直接关系到烟道内各处喷氨量的大小，进入第一层催化剂前NOx与氨混合均匀且速度分布均匀时才能保证脱硝效率和氨逃逸率的稳定[5-6]，而氨逃逸浓度超标则会加剧空气预热器的堵塞。

2.2 优化调整方案及分析

根据进出口NOx浓度分布关系及出口氨逃逸浓度，按照网格法划分烟道，对各支管喷氨流量进行优化调整，认为同层催化剂活性相同，出口NOx浓度低的区域对应较大喷氨流量。

调整后出口1000MW工况下NOx浓度分布如图7、图8所示。

A侧NOx浓度最大值为58mg/m3，最小值为27mg/m3，相对标准偏差为5.57%；B侧NOx浓度最大值为59mg/m3，最小值为28mg/m3，相对标准偏差为5.98%。脱硝效率A侧83.3%，B侧84.1%。经过调整NOx分布均匀性比调整前有很大改善。此时A侧喷氨量为130kg/h，B侧喷氨量为128kg/h。

调整后出口800MW工况下NOx浓度分布如图9、图10所示。

图7 1000MW工况调整后SCR出口A侧宽度方向NOx分布

图8 1000MW工况调整后SCR出口B侧宽度方向NOx分布

图9 800MW工况调整后SCR出口A侧宽度方向NOx分布

图10 800MW工况调整后SCR出口B侧宽度方向NOx分布

在800MW工况时，A、B两侧相对标准偏差分别为9.90%和8.10%，而SCR进、出口部分测点CO浓度超过1500ppm，这说明炉膛内燃烧不完全，烟气在流经脱硝装置时流场分布不均匀，使得脱硝内部喷氨量相对不均匀，最终造成出口NOx浓度分布不均，相对标准偏差有所增大。

图11 1000MW工况调整后SCR出口NH3分布

图12 800MW工况调整后SCR出口NH3分布

在进行喷氨优化调整后，分别对1000MW工况和800MW工况下A、B两侧SCR出口的氨逃逸浓度进行测量，测试结果如图11、图12所示。

从图中可见调整后氨逃逸浓度平均值在1000MW和800MW分 别 为 2.03mg/m3、2.30mg/m3，氨逃逸浓度得到了有效控制，但对比NOx分布发现部分NOx浓度较高部位氨逃逸浓度也较高，说明这些区域催化剂活性降低，甚至出现了失活现象。

3 结论

（1）经过喷氨优化后，1000MW工况时，A、B侧喷氨量可以分别控制在130 kg/h、128kg/h左右，此时SCR出口NOx浓度分布比较均匀，相对标准偏差分别为A侧5.57%，B侧5.98%，同时氨逃逸也得到了有效控制。

（2）当负荷变化时，SCR进口流场分布及NOx浓度场分布发生变化，应根据新的NOx浓度分布来进行喷氨量调整优化。

（3）在催化剂活性降低或失活时，要相应增大喷氨量，在出口NOx浓度不超标的前提下，保证脱硝效率及氨逃逸浓度。

4 结语

SCR脱硝装置入口处流场分布的均匀性以及氮氧化物分布的均匀性是影响脱硝效率和脱硝反应的重要因素，随着运行时间的延长，需要定期对脱硝系统进行喷氨优化调整，优化不同喷氨格栅的喷氨量，以保证机组运行的安全性和经济性。

[1]GB 13223-2011，火电厂大气污染物排放标准[S].

[2]顾卫荣，周明吉，马薇，等.选择性催化还原脱硝催化剂的研究进展[J].化学进展，2012,31（7）:1493-1500.

[3]秦胜，张剑，田雅丽.火电厂氮氧化物控制技术探讨[J].能源环境保护，2012，26（4）:44_47.

[4]顾卫荣，周明吉，马薇，等.选择性催化还原脱硝催化剂的研究进展[J].化学进展，2012，31（9）：2084-2092.

[5]王飞.600MW机组烟气脱硝工程方案选择及设计优化[M].北京:华北电力大学，2011.

[6]尚雪松，陈进先，赵金平，等.SCR脱硝催化剂失活及其原因研究[J].燃料化学学报，2011，39（6）：465-470.

Optimal Experiment of Selective Cataly Reduction in 1000MW Power Station

MA Yan-bin， TANG Guo-an， CHEN Guang-wei， FENG Qian-wei
（Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Discusses the optimization experiments for supercritical boilers，according to the distribution of NOX,we adjust ammonia system，reduce the amount of injecting ammonia，the distribution uniformity of NOX at SCR outlet is improved，ammonia escape concentration is reduced，the impact of ammonium hydrogen sulfate to the air preheater is reduced and denitrification efficiency is improved.

mmonia spraying optimization； NOx distribution； SCR； ammonia escape

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.04.003

X773，TM621

B

2095-3429（2017）04-0013-05

唐郭安（1984-），男，陕西人，硕士，中级工程师，研究方向：大型电站锅炉洁净燃烧。

2017-05-12

修回日期：2017-06-30