一种喷氨格栅优化调整试验技术应用

第 １１ 期
冯晓鸣，等：一种喷氨格栅优化调整试验技术应用
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厂喷氨格栅优化调整的试验介绍一种喷氨格栅分区 域优化调节的方法，同时对喷氨格栅优化调整中的
１．１ 喷 氨 格 栅 类 型 及 布 置 方 式 随着 ＳＣＲ 脱硝 技 术 的 发 展， 喷 氨 格 栅 的 类 型
ａ）分 析 喷 氨 格 栅 、 喷 嘴 的 布 置 情 况 。 ｂ）分 析 反 应 器 出 口 测 量 格 栅 测 点 的 布 置 情 况 。 ｃ）根据 ａ）和 ｂ）的 布 置 情 况 及 对 应 关 系， 将 烟 道截面划分成相应的小区域，分析调节阀和小区域 之间的对应关系。 ｄ）保持机组稳定 运 行 及 喷 氨 量 一 定 的 情 况 下， 对反应器入 口 的 流 速 和 ＮＯｘ 浓 度 进 行 测 量， 了 解 入口流场及 ＮＯｘ 浓度场的 分 布 情 况（烟 气 中 是 ＮＯ 和 ＮＯ２ 的混合物称 ＮＯｘ，而 ＮＯ２ 是不稳定的且含 量很少，仪器 难 以 检 测， 因 此 文 中 ＮＯｘ 的 浓 度 实 际为 ＮＯ 的浓度）。 ｅ）测量反应器出口处 ＮＯｘ 浓 度， 计 算 ＮＯｘ 浓 度场的偏差Ｃρ，如果 Ｃρ ＜２０％，测 量 结 束；如 果 Ｃρ ≥２０％ ， 对 小 区 域 的 喷 氨 量 进 行 调 节 。 ｆ）计 算 反 应 器 出 口 ＮＯｘ 浓 度 场 的 平 均 值 Ｃａ， 计算每个小区域的 ＮＯｘ 浓度平均值，设为 Ｃｉ （ｉ＝１， ２，３，…）。对比 Ｃｉ 和 Ｃａ，如 果 Ｃｉ ＞Ｃａ，把 第ｉ 个调节 阀 开 大；如 果 Ｃｉ ＜Ｃａ，把 第ｉ 个 调 节 阀 关 小；如果 Ｃｉ 和 Ｃａ 接近，可以进行微调或不调节。 ｇ）重复步骤 ｄ）至ｆ），直到 Ｃρ＜２０％ 为 止， 试 验结束。
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广东 电 力
第 ２７ 卷
混流、整流装置、催化剂层及空预器入口烟道，工 艺系统按入口 ＮＯｘ 浓 度 为 ４５０ ｍｇ／ｍ３（标 准 状 态， ６％Ｏ２，下同）、 处 理 １００％ 烟 气 量 及 最 终 ＮＯｘ 排 放浓度控制在９０ ｍｇ／ｍ３ 以内 进 行 设 计， 脱 硝 效 率 不 低 于 ８０％ 。 ２．１ 喷 氨 格 栅 简 介
中 图 分 类 号 ：ＴＭ７７２
文 献 标 志 码 ：Ｂ
文 章 编 号 ：１００７－０００Ｘ（２０１４）１１－００３６－０５
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ Ａｍｍｏｎｉａ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｇｒｉｄ
也发生着改变。最早的涡流式静态混合喷射技术和 线性控制式喷射格栅喷射技术的喷嘴布置简单，喷 氨格栅优化调整的方法也相对简单，但是一般优化 调整后反应 器 出 口 的 ＮＯｘ 浓 度 场 偏 差 会 很 大， 通 常大于 ３０％。 新 安装 的 ＳＣＲ 脱 硝装置， 氨喷射技 术基本上都采用分区控制式喷射格栅喷氨技术，该 技术的特 点 是 把 烟 道 截 面 划 分 成 很 多 相 同 的 小 区 域，小区域的数量和喷氨调节阀的数量一致以便对 每个区域的喷氨量进行单独调节，精细化的设计和 调节更有利于氨在烟气中的扩散和均布，经过优化 调 整 后 反 应 器 出 口 的 ＮＯｘ 浓 度 场 偏 差 能 小 于 ２０％ 。 所 以 分 区 域 控 制 式 喷 射 格 栅 喷 氨 技 术 成 为 现 在的主流技术，本文主要讨论分区域控制式喷射格 栅喷氨技术的优化调整。
摘要：正确的喷氨格栅优化调整能确保选 择 性 催 化 还 原 （ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ＳＣＲ）系 统 发 挥 最 佳 性 能。 列举了分区域控制式喷射格栅的水平布置和垂直布置两种布置形式，以某电厂６００ ＭＷ 机 组 ＳＣＲ 装 置 垂 直 布 置 的喷氨格栅优化试验为例，在氨、空气混合物对称转移原则基础上探讨了一种喷氨格栅分区域优化调节的方法，
收 稿 日 期 ：２０１４－０８－０６
一定差异，气流速度场的不均匀性会导致不同的区 域携带氨的能力有差 异；其 次，在 实 际 运 行 中， ＳＣＲ 系统的 喷 氨 量 都 是 自 动 调 节 的， 由 于 之 前 热 工控制水平的限制，特别是机组升、降负荷阶段， ＳＣＲ 系统自动 跟 踪 的 喷 氨 量 会 滞 后 现 场 实 际 需 要 的喷氨量，势必 会 引 起 氨 逃 逸 过 大 或 ＮＯｘ 排 放 浓 度（本文 均 指 质 量 浓 度 ）过 高。因 此， 需 要 对 ＳＣＲ 反应器进行 正 确 的 喷 氨 格 栅 优 化 调 整 以 确 保 ＳＣＲ 系统发挥最佳 性 能， 在 保 证 ＳＣＲ 系 统 经 济 运 行 的 同时电厂又能获得环保电价的收益。本文结合某电
该 ＳＣＲ 脱硝系 统 分 区 控 制 式 喷 射 格 栅 采 用 垂 直布置方式，将烟道截面沿宽度方向划分成６个大 的控制区域。每个大的控制区域再沿烟道深度方向 分成３个子控 制 区 域， 一 个 反 应 器 共 ３×６＝１８ 个 子控制区域。喷氨格栅的布置示意图如图３所示， 每个子控制区域中对应一根氨喷射支管，每根氨喷 射 支 管 再 分 成 与 支 管 垂 直 的 三 股 氨／空 气 混 合 气 体 ， 每股氨／空气混合气 体 通 过 ４ 个 沿 烟 气 方 向 布 置 的 喷嘴喷出，每 个 子 控 制 区 域 有 ３×４＝１２ 个 喷 嘴。 单个反应器共 １８ 根 喷 氨 支 管， 每 根 支 管 上 配 置 一 个节流阀，通过调 整 １８ 个 节 流 阀 的 开 度 来 调 节 每 根支管的喷氨量。
图 １ 垂 直 布 置 的 喷 氨 格 栅
括为：根据喷氨格栅喷嘴和反应器出口测量格栅测 点的布置 情 况， 确 定 喷 氨 调 节 阀 所 对 应 的 调 节 区 域。利用喷氨格栅上游和首层催化剂入口截面流场 分布的偏差（一般速度场的设计 偏 差 在 １５％ 以 内）， 通过调节各喷氨节流阀的开度使得各喷嘴截面所对 应的调节区域获得不同的喷氨量，用喷嘴喷氨量之 间的差异性来耦合流场分布的差异性，使得首层催 化剂表面烟气中氨–氮氧化物摩尔比分布均匀，最 终达 到 末 层 催 化 剂 下 部 烟 气 中 ＮＯｘ 浓 度 分 布 偏 差 Ｃρ ≤２０％ 的 目 的 。 ［６］ 分 区 域 控 制 式 优 化 调 整 的 方 法可以概括为如下步骤：
新一轮更加严厉环保政策的实施，对电厂的减 排方面也是一个新的挑战。近年很多燃煤发电机组 都 增 设 了 选 择 性 催 化 还 原 （ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅ－ ｄｕｃｔｉｏｎ，ＳＣＲ）烟 气 脱 硝 装 置， 但 大 部 分 ＳＣＲ 装 置在运 行 中 都 未 达 到 最 佳 状 态， 具 体 原 因 为： 首 先，由于现场空间限制、安装和制造工艺等各种因 素的影响，ＳＣＲ 反 应 器 内 气 流 速 度 场 的 分 布 会 有
ＦＥＮＧ Ｘｉａｏｍｉｎｇ，ＬＩＡＯ Ｙｏｎｇｊｉｎ，ＸＵ Ｑｉｑｓｈｅｎｇ，ＺＥＮＧ Ｔｉｎｇｈｕａ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１００８０，Ｃｈｉｎａ）
第２７卷 第１１期 ２０１４ 年 １１ 月
广东电力 ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－２９０Ｘ．２０１４．１１．００８
Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．２０１４
一种喷氨格栅优化调整试验技术应用
冯晓鸣，廖永进，徐齐胜，曾庭华
（广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 ５１００８０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｒｒｅｃｔ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｏｎ ａｍｍｏｎｉａ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｇｒｉｄ ｃａｎ ｅｎｓｕｒｅ ｂｅｓｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｗｏ ｌａｙｏｕｔ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ＡＩＧ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｌａｙｏｕｔ．Ｔａｋｉｎｇ ｏｎｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｆｏｒ ｖｅｒｔｉｃａｌ ＡＩＧ ｏｆ ＳＣＲ ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ６００ ＭＷ ｕｎｉｔ ｉｎ ｓｏｍｅ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ａｓ ａｎ ｅｘ－ ａｍｐｌｅ，ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ＡＩＧ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｆｏｒ ａｍｍｏｎｉａ－ａｉｒ ｍｉｘｔｕｒｅ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｔｏ ｄｉｖｉｄｅ ＡＩＧ ａｒｅａ ｉｎｔｏ １８ ｓｍａｌｌ ａｒｅａｓ ｆｏｒ ｅｌａｂｏｒａｔｅ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｆｉｅｌｄ ｓｉｔｕａ－ ｔｉｏｎ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｓｐｒａｙｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｉｔ ｗａｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｍａｋｅ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ＮＯｘ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｇａｓ ａｔ ｒｅａｃｔｏｒ ｏｕｔｌｅｔ ｒｅａｃｈ ａ－ ｂｏｕｔ １５％ ｗｈｉｃｈ ｍｉｇｈｔ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ＮＯｘ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ａｔ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｏｒ ｏｕｔｌｅｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ａｍｍｏｎｉａ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｇｒｉｄ；ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
分区域控制式喷射格栅可以分为两种形式：垂 直布置和平行布置，图１和图２分别为这两种典型 的分区域控制式喷射格栅的现场布置图。图１为采 用 垂 直 布 置 的 形 式 ， 将 烟 道 截 面 分 成 １８ 个 小 区 域 ， 每个小区域有１２ 个 喷 嘴； 图 ２ 为 采 用 平 行 布 置 的 形式，将烟道 截 面 分 成 ３０ 个 小 区 域， 每 个 小 区 域 有 ２０ 个 喷 嘴 。
根据现场实际情况把喷氨格栅区域分割成１８个小区域进行精细化调整。试验表 明 通 过 调 节 喷 嘴 喷 氨 量 之 间 的 差
异性来耦合流场分布的差异性可使反应器出口烟气中 ＮＯｘ 浓度场的偏差系数达到１５％左右，对改善 反 应 器 出 口 的 ＮＯｘ 浓度场的均匀分布是有效的。 关键词：选择性催化还原；喷氨格栅；偏差系数；优化
２ 现 场 喷 氨 格 栅 优 化 调 整 试 验
图 ２ 平 行 布 置 的 喷 氨 格 栅
１．２ 优 化 原 理 及 方 法 不管喷氨格栅是平行布置还是垂直布置，分区
域控制式的喷氨格栅优化调整采用的原理和方法是 相同的。分区域控制式喷射格栅优化的原理可以概
本文 以 一 台 国 产 ６００ ＭＷ 超 超 临 界 燃 煤 发 电 机组的 ＳＣＲ 装置为研究对象，该 ＳＣＲ 系 统布置 于 省煤器 之 后、 空 气 预 热 器 之 前， 属 于 高 尘 布 置 方 式 。 催 化 剂 按 “２＋１”模 式 布 置 ， 采 用 的 是 蜂 窝 催 化 剂，初装两层，备用层在最下面。脱硝还原剂采用 液氨进行制备，氨站供氨压力稳定。氨喷射技术采 用分区控制式喷射格栅喷氨技术。烟气依次流经省 煤器出口、反应器入口烟道、氨喷射系统、导流、