燃煤电站SCR系统AIG喷氨调整优化效果分析

包文运 刘国富 沈德魁

摘 要：近年来国家颁布了更加严苛的大气污染排放标准，对此SCR技术已成为主流的烟气脱硝技术，然而SCR系统在实际运行中容易产生较大的氨逃逸，从而导致一系列的运行问题。本文从SCR系统的机理出发，提出了通过喷氨优化调整降低系统氨逃逸的运行调整方式，投运效果良好。

关键词：脱硝系统 氨逃逸 喷氨优化

中图分类号：U467 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（b）-0053-02

《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》等严苛的大气污染物排放标准发布后[1，2]，实现燃煤电站的超低排放达标已提上议程，目前，SCR烟气脱硝技术已经成为燃煤锅炉满足国家NOx排放标准的主流选择，通过试验数据和现场实际情况可知，在运行过程中存在喷氨过量现象，由此带来的一系列的运行问题。

1 氨逃逸的成因与危害

选择性催化还原（SCR）脱硝技术[3]通过向烟道中喷射还原剂（氨气、尿素等），在处于合适烟温区间的催化剂作用下将烟气中的NOx转化为无害的氮气和水，SCR系统该所采用的还原剂液氨经过气化、空气稀释后通过喷氨格栅（AIG）喷入烟道内，与烟气中的氮氧化物混合后流经催化剂，在流经末层催化剂后会存在一部分未参加脱硝反应的氨，将其称为逃逸氨，其危害较大。

同时脱硝催化剂具有较强的氧化性，容易将烟气中的SO2部分转化成SO3，尤其是在超低排放改造完成后，由此氧化得到的SO3量显著增加。这部分SO3与逃逸氨容易发生式（1）中的化学反应，引起酸腐蚀和酸沉积堵灰程度增加

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4/（NH4）2SO4 （1）

NH4HSO4沉积温度150℃～230℃，粘度较大，加剧对空气预热器换热元件的堵塞和腐蚀过量的氨逃逸产生硫酸氢氨，一定会在空预器的传热元件上凝结，形成积盐并结灰垢，影响正常运行和使用寿命。因此，在SO3氧化生成量一定的前提下，减少SCR系统的氨逃逸具有重要的积极意义。

脱硝控制系统运行品质不佳（如NOx浓度波动大），极易造成NOx超标排放，电厂为避免考核，只能降低NOx的平均浓度运行，此时不得不长期大量向锅炉喷射氨气，NH3将长期维持高耗用量，电厂的运行成本也将长期偏高。

2 AIG喷氨调整优化效果分析

研究表明，烟气氨氮混合当量比不匹配导致脱硝效率下降，进而导致氨逃逸升高，从而产生逃逸氨与SO3生成粘性硫酸氢氨的情况，最终造成下游设备积灰受损，锅炉热效率下降等一系列运行问题。因此提升烟气中的氨氮混合当量比对于提升机组的安全经济运行具有重要意义。在现场运行中，烟气中的氮氧化物与前端炉侧的组织燃烧、SNCR组织、烟道结构、机组负荷、流场分布等均存在密切联系，很难对入口NOx浓度的分布特性进行人为干预，因此，要保证良好的氨氮混合当量比，可以从AIG喷氨优化调整角度出发。通过对喷氨格栅AIG支管的调整，保证系统内良好的氨氮混合当量比。

本文依托某660MW燃煤机组进行AIG喷氨优化调整及其效果分析，获取了AIG前截面的流场分布特性如图1所示。可以看出，该工况下AIG前的流场分布均匀性较差，烟道渐扩段尾部（云图左侧低速区）出现较大范围的漩涡与回流，非常有必要对相应位置的阀门开度进行调节。

对象机组SCR脱硝系统喷氨系统由42个手动蝶阀等部件协同控制喷氨量，单个喷氨手动蝶阀共有10个卡位，可实现阀门开度间隔为10%的精确流量控制。对此，根据AIG截面内的流场分布特性及各支管阀门的权重特性进行喷氨优化调整。

喷氨阀度调试完成后，综合集控室运行瞬時参数与Testo350实测参数，可以发现：相对于调试前，在喷氨量一定的前提下，脱硝效率可提升约4%，在脱硝效率一定时，氨流量减少约5m3/h（出口NOx排放水平满足超低排放要求），由此推算系统氨逃逸量得到了有效降低。

3 结论与建议

（1）逃逸氨容易与烟气中的SO3反应生成硫酸氢铵，进而导致SCR下游设备积灰腐蚀等运行问题。

（2）结合喷氨格栅AIG截面的流场分布特性，通过AIG喷氨优化调整，可以保证系统内良好的氨氮混合当量比，从而间接减少了系统的氨逃逸，有助于实现超低排放改造后机组的安全经济运行。

（3）建议业内机组定期进行喷氨优化调整，或采取更加先进的AIG“精细”喷氨优化调控策略。

参考文献

[1] 朱法华.燃煤电厂烟气污染物超低排放技术路线的选择[J].中国电力，2017，50（3）：11-16.

[2] 徐天平，王永忠.燃煤工业锅炉污染物协同治理与超低排放技术研究[J].环境工程，2017，35（9）：71-73.

[3] 赵宇明.基于烟气流场均匀性诊断的SCR系统喷氨优化研究[J].化学工程与装备，2017（7）：302-304.