混合式锅炉(「附视频摘要」如何优化涡流混合式SCR脱硝系统)

Posted 2023-06-01

篇首语：你若要喜爱你自己的价值，你就得给世界创造价值。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了混合式锅炉(「附视频摘要」如何优化涡流混合式SCR脱硝系统)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

混合式锅炉(「附视频摘要」如何优化涡流混合式SCR脱硝系统)

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本期推送《洁净煤技术》2020年第3期“超超临界循环流化床锅炉发电技术”专刊的《涡流混合式SCR脱硝系统喷氨优化调整试验研究》。为帮助读者直观快速了解文章内容，编辑部邀请作者制作了视频摘要，介绍了文章创新点及主要结论。

文献引用格式：

张佳佳,葛铭,胡珺,等.涡流混合式SCR脱硝系统喷氨优化调整试验研究[J].洁净煤技术,2020,26(3):106-113.

ZHANG Jiajia,GE Ming,HU Jun,et al.Experimental study on optimization adjustment of ammonia injection in vortex mixer SCR denitrification system[J].Clean Coal Technology,2020,26(3):106-113.

视频摘要

随着电厂排放政策的日益严格，电站锅炉NOx排放浓度限值降低到50 mg/m3，脱硝系统经济高效运行对于电站锅炉意义重大。选择性催化还原脱硝技术(SCR)是我国电站锅炉应用最广、技术最成熟的技术。目前，根据NH3喷射混合装置可以将SCR系统分为主要的3种结构：涡流静态混合式AIG、线性控制式AIG、分区控制式AIG。而涡流混合式AIG由于喷嘴不易堵塞、反应速度快、成本低等特点得到广泛应用，但也存在混合不均等缺点。

由于煤种变化、燃烧配风方式不同、催化剂失效等原因，SCR脱硝系统出口NOx浓度分布不均，氨逃逸量大，残留的氨与烟气中的SO3反应，生成易腐蚀和堵塞设备的硫酸氢铵。对于脱硝系统，一般从低氮燃烧、催化剂寿命、喷氨控制系统、流场优化、喷氨格栅改造、喷氨手动蝶阀调节等角度进行优化。对于已投运的脱硝系统，主要调整手段为喷氨支管手动蝶阀调节和喷氨控制系统优化。通过“削峰填谷”降低脱硝出口截面NOx浓度的不均匀度是最基础、最直接的降低氨逃逸手段。

本文以调节喷氨支管手动蝶阀为主要手段，对某660 MW机组涡流混合式SCR脱硝系统进行喷氨系统优化，降低了脱硝出口NOx浓度不均匀度和氨逃逸量。同时利用SIS数据分析，总结了涡流混合式脱硝控制系统存在的问题以及应对措施，为SCR脱硝系统可靠高效运行提供保障。

喷氨优化

脱硝入口设计NOx浓度为300 mg/Nm3。实际运行中，NOx浓度在280～380 mg/Nm3。在任何工况条件下满足脱硝效率达到90%以上，氨的逃逸率控制在3×10-6以内，SO2氧化生成SO3的转化率控制在1%以内。每台锅炉配有2台100%容量的稀释风机，一运一备。氨气/空气混合器出口的氨气浓度不得大于5%(体积比)。

由于环保压力，电厂要求机组实际运行时净烟气NOx排放浓度在10 mg/m3以下。运行一段时间后，除尘器大面积跳机。停机检修发现除尘器电极头附着大量白色的硫酸氢氨，除尘器荷电能力下降导致跳机。综合分析，由于脱硝系统的氨逃逸量大，导致生成了大量的硫酸氢氨。机组排烟温度较高，硫酸氢铵的冷凝推迟至除尘器。

图1 除尘器电极头附着硫酸氢铵

试验方法

喷氨支管位于SCR系统的上升烟道内侧，出口NOx浓度测点位于下降烟道的外侧。

图2 脱硝进出口测点布置

机组采用了新型涡流盘结构。涡流盘有一定的折角，强化了湍流扩散，便于氨与空气的混合气向烟道深度方向扩散，能够缓解NOx浓度沿烟道深度方向分布不均的问题。

图3 涡流盘结构

试验结果分析

摸底工况

在机组660 MW和330 MW稳定负荷下，控制净烟气NOx排放浓度为25 mg/Nm3，采用网格法测量脱硝反应器入口、出口的NOx浓度。

脱硝入口NOx分布趋势与脱硝出口NOx浓度分布趋势没有明显的关联性。脱硝入口截面NOx浓度分布呈现烟道外侧高，内侧低的趋势，这与炉内的流场、烟道布置相关。

图4 摸底工况脱硝出入口NOx浓度分布

对比660 MW负荷和330 MW负荷下脱硝出口NOx浓度分布发现，高低负荷下脱硝出口NOx浓度的分布趋势相同。

由摸底工况可知，得益于新型涡流混合器结构，脱硝出口NOx浓度沿烟道深度方向分布较为均匀，仅在宽度方向呈现一定的不均匀现象，可以通过调整喷氨支管手动蝶阀的开度降低宽度方向的不均匀度。

流场分布特性

两侧烟道内的流场分布较为均匀，不存在明显的涡流区。脱硝出口NOx浓度分布不均排除了速度场的影响。

图5 脱硝出口流场分布

喷氨支管调节过程

与摸底工况下各测点NOx浓度均值相比，经过喷氨优化调整，A、B两侧各测点NOx浓度均值分布逐渐趋于平缓。A、B侧不均匀度明显下降，烟道截面NOx浓度分布趋于一致。

图6 出口各测点NOx浓度变化趋势

氨逃逸测量

机组在升负荷过程中氨逃逸量大于稳态负荷下。

图7 升负荷与定态负荷氨逃逸对比

喷氨优化结束后，在稳态负荷下，脱硝出口A、B侧的氨逃逸整体都较小，喷氨优化效果显著。

图8 喷氨优化后氨逃逸

喷氨效果验证

喷氨优化后，在660和330 MW稳定负荷下，控制净烟气NOx排放浓度为25 mg/Nm3。测量脱硝出口NOx浓度的不均匀度，并与调整前对比来验证调整效果。

脱硝出口A、B侧NOx浓度不均匀度较摸底试验均明显降低，调整效果显著。

图9 验证负荷下脱硝出口NOx浓度分布

大数据分析

脱硝系统中CEMS测量值不准确，CEMS测量系统标定零点存在问题，不能精确测量低NOx浓度，造成实际喷氨量大，容易导致氨逃逸大。

图10 单侧喷氨量与出口NOx浓度的SIS图

B侧脱硝出口NOx浓度(蓝色曲线)已经上升，而B侧喷氨量(绿色曲线)直到5 min后才开始上升，喷氨量对脱硝出口NOx浓度的敏感性和跟随性不好，有至少5 min以上的延迟。同时，两侧的实际喷氨量(紫色曲线和绿色曲线)波动幅度太大，远多于实际需求值，容易导致喷氨量过多。

图11 喷氨量与出口NOx浓度的SIS图

结论及建议

1）通过喷氨优化调整，在660 MW负荷下，脱硝出口A侧NOx浓度不均匀度比试验前降低28.9%，达到19.4%；B侧NOx浓度不均匀度比试验前降低40.9%，达到21.8%。在330 MW负荷下，脱硝出口A侧NOx浓度不均匀度比试验前降低42.1%，达到21.5%；B侧NOx浓度不均匀度比试验前降低52.4%，达到23.1%。

2）经过喷氨优化调整，各喷氨支管手动蝶阀的开度都已达到最优值。在高低负荷下，两侧烟道的氨逃逸值都小于3×10-6。

3）该电厂在每侧脱硝出口烟道只布置一个CEMS测点，不具代表性。为了使CEMS值具有代表性，应该采用网格法多点取样混合，同时加强CEMS取样分析系统的维护和检测，定期标定。

4）电厂喷氨自动控制逻辑中，推荐的喷氨量值偏大，容易导致氨逃逸过大。同时，喷氨量反应速率慢，不能很好地跟随入口NOx浓度值变化，需要对自动控制逻辑进行优化，适当增加喷氨量反馈的提前量。

5）国内环保政策要求电站锅炉净烟气NOx排放浓度不得高于50 mg/m3，很多电厂为了争取环保电量会竞相压低净烟气NOx排放浓度，但容易带来氨逃逸大，导致空预器堵塞等问题。电厂在满足国家排放政策的前提下需要综合考虑脱硝系统环保性和经济性，制定切实可行的氮氧化物排放规定。建议电厂设置净烟气NOx排放浓度在25～35 mg/m3。

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