關(guān)于630mw機組SCR脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整的研究

1、關(guān)于630MW機組SCR脫硝噴氨優(yōu)化調(diào)整的研究【摘 要】：今年來，隨著SCR脫硝裝置成為大型火電機組的必備設(shè)備，在使用過程一些問題逐漸顯現(xiàn)出來，其中之一就是噴氨不均帶來的氨逃逸率局部過高，引起空預(yù)器阻塞的問題，這個問題甚至在很多機組造成過機組被迫停運的嚴(yán)重后果。本文將就該問題的產(chǎn)生和如何解決展開研究，以獲得一個良好的解決方案保證設(shè)備的穩(wěn)定運行?！娟P(guān)鍵詞】：SCR脫硝 噴氨 氨逃逸 空預(yù)器堵塞1 前言隨著近年來環(huán)保部門不斷制定更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，脫硝系統(tǒng)已經(jīng)幾乎成為所有火電機組的標(biāo)配，另外由于催化劑工藝技術(shù)的不斷提高，SCR逐步成為主流脫硝技術(shù)。在實際的使用過程中，很多問題也漸漸暴露出來，如氨氣不純

2、帶來的管道腐蝕、吹灰效果差帶來的催化劑堵塞和損壞等等，都對設(shè)備甚至整個機組的穩(wěn)定運行帶來風(fēng)險，而本文所討論的噴氨不均的問題是其中風(fēng)險最大的，其帶來的不良后果，逐漸引起人們的重視。煙氣脫硝SCR裝置在設(shè)計階段通常會進行CFD流暢模擬和物理模型試驗對煙道內(nèi)的流場進行優(yōu)化以保證SCR入口截面的煙氣流速和NOx分布較為均勻。但往往由于現(xiàn)場空間限制或安裝等因素影響，加上調(diào)試階段對噴氨格柵的優(yōu)化調(diào)整重視不夠，實際運行過程中出現(xiàn)SCR出口截面NOx分布偏差大，部分區(qū)域氨逃逸超過設(shè)計保證值(3L/L)的現(xiàn)象。這會影響系統(tǒng)整體的脫硝效果，并會增加空預(yù)器的硫酸氫銨腐蝕和堵塞風(fēng)險，給系統(tǒng)的經(jīng)濟穩(wěn)定運行帶來很大的危害

3、。因此,十分有必要對SCR裝置進行噴氨優(yōu)化調(diào)整，即通過調(diào)整SCR入口每根噴氨支管上的手動調(diào)閥改變不同位置的噴氨量，從而改善出口NOx 和NH3分布的均勻性，在保證裝置脫硝效果的同時, 減少裝置的運行成本, 提高裝置的可用率。圖一 SCR反應(yīng)器側(cè)視圖某項目公司三期2630MW機組超臨界機組于05、06年相繼投產(chǎn)，2012年通過大修技改完成增設(shè)脫硝系統(tǒng)改造，該脫硝系統(tǒng)采用SCR技術(shù)，反應(yīng)器內(nèi)按“2+1”模式布置蜂窩式催化劑每層催化劑上方設(shè)6只聲波吹灰器以保持催化劑表面清潔。SCR裝置內(nèi)沿?zé)煔饬飨蛟跓煹啦煌恢迷O(shè)導(dǎo)流板、靜態(tài)混合器和整流器等裝置使進入催化劑上方的煙氣流場均勻具體布置見圖1。來自公用系

4、統(tǒng)的氨與稀釋風(fēng)混合后經(jīng)噴氨格柵(AIG)進入SCR煙道氨噴射采用格柵式小噴嘴，在入口水平直段煙道截面上從頂部將9根支管伸入煙道，每根支管設(shè)手動蝶閥實現(xiàn)煙道截面上的氨噴射流量分區(qū)控制。2 煙氣脫硝的氨逃逸問題選擇性催化還原法脫硝(SCR)的原理是在催化劑作用下，還原劑NH3在290-400下有選擇的將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發(fā)生NH3與O2的氧化反應(yīng)，從而提高了N2的選擇性，減少了NH3的消耗。其中主要反應(yīng)如下：4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O8NH3+6NO2=7N2+12H2O4NH3+3O2=2N2+6H2O4NH3+5O2=4NO+6H2O2NH3可逆生成N2+3H2。由

5、于各種原因，必然有部分氨氣未能參與反應(yīng)，隨煙氣排放，形成氨逃逸。脫硝過程中同時也會發(fā)生一些不利的副反應(yīng)，催化劑中的活性組五氧化二釩在催化降解NOx的過程中，也會對SO2的氧化起一定催化作用。SO2的活性組分V2O5含量、煙氣溫度的增加而上升，要求控制在1%以下，其反應(yīng)如下：V2O5+SO2V2O4+SO3;2SO2+O2+V2O42VOSO4;2VOSO4V2O5+SO2+SO3。另外，鍋爐燃燒也會產(chǎn)生一部分SO3，逃逸氨和這些燃燒產(chǎn)生的以及在SCR脫硝裝置區(qū)域轉(zhuǎn)化生成的SO3發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸銨和硫酸氫銨，反應(yīng)如下：NH3+SO3+H2ONH4HSO4;2NH3+SO3+H2O(NH4)2S

6、O4。硫酸銨和硫酸氫銨的形成互相起一定的促進作用，硫酸銨為干燥固體粉末，對空預(yù)器幾乎無影響，而硫酸氫銨是一種粘性很強的物質(zhì)，當(dāng)其到達空預(yù)器冷端時，由于溫度低于硫酸氫銨熔點，它會凝結(jié)在換熱元件上，同時煙氣中的粉塵也會附著在上面，蒸汽吹灰都很難將其清除。如果產(chǎn)生的硫酸氫銨量達到一定程度，就很容易導(dǎo)致空預(yù)器的堵塞，危及到機組的安全運行。3 噴氨優(yōu)化方案和措施某廠一臺630MW機組運行中發(fā)現(xiàn)空預(yù)器差壓偏大，在調(diào)停期間，對堵塞物進行取樣分析，發(fā)現(xiàn)含有大量硫酸氫銨。對該時間段的負荷變化情況和氨逃逸率調(diào)取歷史記錄，未發(fā)現(xiàn)負荷波動大和氨逃逸率升高的狀況。而在進一步的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，噴氨量有明顯增加的跡象。綜合分析

7、之后，決定對該機組SCR反應(yīng)器做煙氣流場檢測和反應(yīng)器進、出口NOx濃度檢測，以此為噴氨均布優(yōu)化提供依據(jù)。序號流場截面平均值(m/s)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(%)1A側(cè)SCR上層催化劑入口1.8227.072B側(cè)SCR上層催化劑入口1.6841.983A側(cè)SCR下層催化劑入口1.4010.044B側(cè)SCR下層催化劑入口1.7213.525SCR出口煙道6.4930.26表一 SCR冷態(tài)流場分布均勻性對SCR反應(yīng)器噴氨格柵上游煙道(簡稱：SCR入口截面)按單側(cè)劃分成104網(wǎng)格進行NOx濃度和煙氣速度場逐點測試，使用一根約4米的探針，通過預(yù)留的測量孔依照插入深度可取得縱向的4個點的數(shù)據(jù)。測試結(jié)果為：(1)A側(cè)

8、SCR入口截面處平均NOx濃度為101.6ppm;(2)B側(cè)SCR入口截面處平均NOx濃度為100.7ppm。圖表一 A側(cè)SCR入口NOx濃度分布通過圖表一和二可以看出，脫硝反應(yīng)裝置入口NOx濃度較為平均，這樣有利于對出口NOx濃度變化的分析。圖表二 B側(cè)SCR入口NOx濃度分布根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果，如圖表三、四，可以看出脫硝入口的煙道靠近中間側(cè)的煙氣流速較兩側(cè)位置明顯偏高(A1點為固側(cè)，B10點為擴側(cè))，這和現(xiàn)場的煙道布置相一致。圖表三 A側(cè)入口速度場分布圖表四 B側(cè)入口速度場對SCR反應(yīng)器出口煙道截面兩側(cè)分別按74網(wǎng)格劃分成氨濃度分布場進行逐點檢測。初測摸底的結(jié)果如圖表五、六，數(shù)據(jù)顯

9、示SCR出口NOx濃度偏差很大，經(jīng)過計算A、B側(cè)的濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差已分別達到了46.09%、45.13%。圖表五 A側(cè)出口NOx濃度分布圖表六 B側(cè)出口NOx濃度分布另外，通過與SCR入口噴氨量的檢測結(jié)果(如圖表七、八)比對，出口NOx濃度反應(yīng)和噴氨量有多點存在明顯不一致，B側(cè)較A側(cè)更為突出。這反映出在這些點出現(xiàn)了噴氨不足或者過量的情況。圖表七 A側(cè)噴氨量分布圖表八 B側(cè)噴氨量分布通過對SCR入口截面的NOx分布場和煙氣速度場、SCR出口截面的NOx分布場測試的結(jié)果，計算單位時間NOx脫除量及NH3消耗量。同時，記錄氨氣質(zhì)量流量計的累計值，測試結(jié)束后計算單位時間氨消耗量。NH3物質(zhì)平衡計算及氨耗量

10、統(tǒng)計結(jié)果對照如下：序號參數(shù)單位A側(cè)B側(cè)1進入SCR的NOx摩爾量mol/h4481.64139.12離開SCR的NOx摩爾量mol/h1627.4713.33每小時脫除NOx摩爾量mol/h2854.23425.94氨逃逸摩爾量(按3ppm計)mol/h144.7135.35每小時氨反應(yīng)量kg/h48.52 58.246每小時氨逃逸量kg/h2.46 2.307每小時總耗氨量kg/h50.98 60.548DCS累計時間平均值kg/h58.52 69.799測量值與計算值的偏差kg/h7.54 9.2510測量值與計算值的偏差和kg/h16.79表2 噴氨測試參數(shù)對照對A、B側(cè)SCR反應(yīng)器的2

11、21=42支噴氨流量孔板的差壓、靜壓及風(fēng)溫和稀釋風(fēng)機出口風(fēng)速進行了測量，由42支噴氨流量累計求得氨空氣混合氣體流量為4624.6Nm3/h，且稀釋風(fēng)機出口流量為4795.6 Nm3/h，兩者偏差3.7%。基于以上數(shù)據(jù)對噴氨格柵各支管調(diào)節(jié)閥門開度進行調(diào)整，經(jīng)過兩次調(diào)整后，噴氨均布情況和氨消耗量有了明顯改善。圖表七 A側(cè)出口NOx濃度分布情況圖表八 B側(cè)出口NOx濃度分布情況根據(jù)最終的檢測結(jié)果，脫硝反應(yīng)器A、B側(cè)NOx濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差已經(jīng)分別下降至18.47%和21.16%，達到了比較好的效果。由于部分閥門達到調(diào)整極限，未能實現(xiàn)最理想效果。下一步計劃在大修當(dāng)中對噴氨格柵進行全部疏通，將催化劑內(nèi)的堵灰全部清除之后，再