670T/H锅炉脱硝喷氨系统均匀性优化改造

670T/H锅炉脱硝喷氨系统均匀性优化改造

常二文赵超

(山西漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司山西长治046021)

摘要：#5机组采用目前应用最多的选择性催化还原法（SCR）进行烟气脱硝。由于现有SCR系统的入口烟道较短，无法使NH3与NOX充分混合，使进入催化剂的NH3/NOX（物质的量比）不均匀，在实际运行过程中，由于存在烟气速度场不均匀，喷氨浓度分布不均，负荷变动引起的流场变化更各种原因造成NOx/NH3均匀性及氨氮摩尔比发生变化等问题。针对#5机组脱硝系统存在的问题，综合实际情况，经过全面分析总结并制定了全面合理的改进措施，提出了针对性的解决方案。

关键词：喷氨量；烟气均匀性；炉膛结焦

1、设备状况

漳泽电力漳泽发电分公司#3、#5锅炉是原苏联塔干罗格“红色锅炉者”工厂制造的Eп—670—13.8—545KT型(TпE—215/AC型)蒸汽锅炉。该锅炉为单汽包、自然循环、双炉膛、烟气密封式、抽吸力平衡送风、超高压、中间再热、固体排渣、燃煤锅炉。2014年首次进行烟气脱硝改造，烟气脱硝采用选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺。

2、影响因素

该公司#5炉脱硝装置改造投运后，总体是比较稳定的，但也受到煤种、烟气反应温度、氨区参数、氨逃逸、SO2、氨气/空气混合器工况变化等因素的影响。

2.1煤种及反应温度影响

由于脱硝系统SCR反应器安装在省煤器和空预器之间属于高尘布置，烟气中灰尘含量大，加之进行配煤掺烧，煤质较设计煤种偏差较大，烟尘量进一步增加，为运行调整增加了难以预见的变化。

煤种的变化将会给燃烧调整带来一定困难，从而影响到脱硝参数的变化，负荷在160MW以下时，脱硝装置入口烟气温度易低于脱硝设计的反应最低温度316℃，由于监视调整不及时，易引起联关快关阀停止喷氨，影响脱硝投运率。

2.2氨区参数波动影响

氨区气氨蒸发槽蒸汽压力不稳定，气氨调整门自动跟踪差，引起气氨压力波动大，经常出现脱硝系统参数偏离设计值现象发生，使得脱硝出口NOx含量远远低于国家标准，使得气氨消耗量增大，增加了脱硝运行的费用，降低了运行经济性。

2.3氨逃逸的影响

机组脱硝投运后，高负荷运行时SCR氨逃逸检测虽不超3ppm，但均偏高，致使喷氨量受限，也极易生成NH4HSO4，造成空预器堵塞，并污染催化剂。

氨逃逸略高的原因一般是喷氨的不均匀性和催化剂层的活性下降造成的，本脱硝装置由于投运行时间刚一年，催化剂层的活性下降因素可暂不考虑，主要影响因素判断为喷氨的不均匀。通过停炉检查发现，氨气/空气混合器由于受到空气中粉尘、飞灰以及气溶胶的污染，在尘粒的分子力、静电力及黏结力的作用下，其隔板滤网出现了堵塞现象，导致氨气/空气混合器的流量降低，影响着脱硝系统的正常运行。

2.4脱硝装置入口烟气中SO2的影响

由于燃煤的多变性，入炉煤的含硫量变化较大，在高硫煤的情况下，SO2在催化剂的作用下会氧化成SO3，SO3与烟气中的水和NH3反应，生成硫酸铵和硫酸氢铵，而这些硫酸盐易沉积并集聚在催化剂表面，使催化剂失活，并极易造成脱硝装置的下游设备空预器的堵塞，停炉检查发现管式空预器出现了小范围的堵塞。

3、解决方案

3.1加装静态混合器：在SCR入口烟道内的喷氨格栅（AIG）上方加装静态混合器，使NH3与烟气中的NOX充分混合。

3.2喷氨母管和喷氨格栅处各分支管管径进行设计：母管进行减缩性改造，采用分段变径的方式使各点的静压均衡以及同一喷氨支管上各喷嘴的喷氨量，使烟道内各区域氨浓度分布均匀。

3.3加装SCR出口全截面均布式取样系统：在SCR出口烟道内加装SCR出口全截面均布式取样系统，为精细化操作提供准确可靠的分析数据，通过调整喷氨格栅（AIG）各喷氨管阀门均匀控制不同区域的喷氨量，以达到提高SCR实际脱硝效率，降低Nox和NH3逃逸量。

4、具体实施

4.1加装静态混合器

在AIG之前加装静态混合器，可以改善SCR反应器入口处的烟气速度分布及NH3/NOX分布的均匀性，流线明显互相交叉，烟道内的NOx/NH3混合得到明显改善，混合器后1.5米左右，烟道水平截面上的速度场重新趋于均匀，静态混合器基本不改变烟道内的流场。

4.2喷氨母管减缩性设计改造

现有设计喷氨格栅处各喷氨分支管内以及喷氨支管各个喷头处流量分配不均匀，造成各区域喷氨不均匀，难以保证进入催化剂层时烟气与氨气的均匀性分布。目前喷氨优化调整试验是通过调整不同喷氨分支管的阀门开度，来控制各分支管的流量，对于同一喷氨分支管上不同喷嘴的喷氨量无法进行调节，这使得喷氨调整试验不能达到应有的效果。

通过对优化模型计算，喷氨母管和喷氨格栅处各分支管的管径进行合理设计，可以均匀喷氨分支管的流量以及同一喷氨支管上各喷嘴的喷氨量，使烟道内各区域氨浓度分布均匀，再配合烟道流场优化，可使各区域NH3/NOx均匀分布，从而保证脱硝反应器出口截面上NOx尽可能保持均匀，减少测量数值偏差，降低氨气逃逸量，缓解空预器堵塞问题。

4.3加装SCR出口全截面均布式取样系统

SCR出口采用网格法布置12个测点，共分4组，每个测点采用取样控制阀单独控制分析、烟气全程伴热，经过除灰、过滤后进入CEMS系统的NOx和NH3测量设备进行检测。测试数据作为反馈信号送入DCS控制系统。为精细化操作提供准确可靠的分析数据，通过调整喷氨格栅（AIG）各喷氨管阀门均匀控制不同区域的喷氨量，以达到提高SCR实际脱硝效率，降低Nox和NH3逃逸量。

5、改造后实际应用情况：

#5炉脱硝喷氨系统均匀性优化改造后，对喷氨系统进行热态调试，得出以下结论；

1）SCR入口烟道甲侧各测点风速偏差在-5.6%-7.4%之间；乙侧各测点风速偏差在-5.5%-5.8%之间；脱硝喷氨系统均匀性优化改造后，A、B两侧脱硝入口截面速度偏差小于10%，达到改造效果。

2）改造前甲侧、乙侧SCR入口NOx浓度偏差较大，改造后，SCR反应器两侧入口NOx分布均匀性得到较大改善。

3）改造后对喷氨阀门进行优化调整，调整前甲侧SCR出口NOx偏差在-63.6%-103.7%之间，乙侧SCR出口NOx偏差在-62.6%-63.2%之间，调整后甲乙两侧SCR出口NOx均匀性有很大改善。

4）脱硝喷氨系统均匀性优化改造前后对DCS数据进行对比分析：甲侧改造前后负荷均在170MW左右，SCR入口NOx值、脱硝效率基本一致，调整后甲侧喷氨量由42.7kg/h下降至37.0kg/h有所下降；乙侧调整前后脱硝效率基本一致，调整后喷氨量由57.6kg/h下降至48.9kg/h；调整后甲乙两侧喷氨量均有所下降。

5）脱硝喷氨系统均匀性优化改造后，甲侧SCR反应器入口截面NOX偏差由-30%～+60%降至小于±10%，NOX和NH3反应更充分，喷氨量下降了13.3%，反应效率提高了0.9%；乙侧SCR反应器入口截面NOX偏差由-6.8%～+13.6%降至小于±3%，NOX和NH3反应更充分，喷氨量下降了15.1%，反应效率提高了0.7%。喷氨量减少，反应效率增加，可以使NH3逃逸降低，进而空预器、布袋除尘器因硫酸氢铵堵塞的问题会有缓解。

6）脱硝喷氨系统均匀性优化改造后，SCR反应器出口截面NOX偏差由±100%降至±20%左右，热工测点更具代表性，使运行控制时具备精细化调整的能力。

6、改造后经济性分析：

通过脱硝喷氨系统均匀性优化改造，170MW工况时（85%负荷，满负荷200MW），甲侧喷氨量由42.7kg/h下降至37.0kg/h，下降了5.7kg/h，乙侧喷氨量由57.6kg/h下降至48.9kg/h，下降了8.7kg/h，年运行时间按5500小时，氨的价格按3500元/吨，每年节省成本：27.72万元，本项目总投资44.2万元，1.6年就可收回成本。

作者简介：

常二文：1986年7月,男,山西交城人,大学,助理工程师,漳泽发电分公司从事锅炉运行管理工作。

赵超：1971年11月,男,山西襄垣人,大学,高级工程师,高级技师,漳泽电力股份有限公司节能技术专家。