300MW级燃煤机组SCR烟气脱硝超低排放性能评估

300MW级燃煤机组SCR烟气脱硝超低排放性能评估

对脱硝超低排放机组进行性能评估与分析,可为超低排放形势下燃煤机组选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝装置的稳定、高效、经济运行提供借鉴及指导。某3台300MW级燃煤机组SCR脱硝装置已实现NOx超低排放,以此为例,对其脱硝装置的脱硝效率、进出口NOx浓度分布、出口速度分布、氨逃逸率、SO2/SO3转化率、系统阻力等运行参数进行了评估,掌握了此类机组脱硝装置主要性能。

试验结果表明,3台300MW级燃煤机组脱硝装置整体性能良好,但存在流场不均、飞灰堵塞、氨逃逸超标等问题,为此提出了避免此类问题的方法和建议。

关键词:燃煤机组;烟气脱硝;SCR;超低排放;性能评估

随着最新《煤电节能减排升级与改造行动计划》（2014—2020）和《关于编制“十三五”燃煤电厂超低排放改造方案的通知》[1]的提出,环保形势进一步升级,燃煤电厂烟气脱硝又将迎来新一轮的超低排放改造。为此,本文采取对标比较法,对3个电厂3台300MW级已实施超低排放的SCR脱硝装置运行状态进行评估,分析脱硝系统存在的问题,查找问题产生的原因,为新形势下烟气超低排放改造及其调整提供参考。

1研究方法与内容

本次研究针对300MW级已采用SCR工艺实现超低排放运行的燃煤机组,在机组满负荷工况条件下对脱硝装置进行了系统的性能试验及评估。测试参数包括烟气流量、NOx浓度、烟气温度、脱硝效率、氨逃逸率、系统阻力等。

采样点为网格布置,采用了平行采样平行分析的方法,参照GB/T16157—1996《固定污染源中颗粒物测定与气态污染物采样方法》、DL/T260—2012《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》、HJ562—2010《火电厂烟气脱硝技术规范选择性催化还原技术法》、DL/T998—2006《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》等标准进行[2,3,4,5]。表1为本次研究选择的机组情况,其锅炉分别由国内不同制造厂生产。

表1试验机组情况

2分析与讨论

试验时各机组均为满负荷工况。

2.1脱硝效率

3台机组的脱硝装置的脱硝效率及其入口、出口NOx浓度实测值与原设计值如表2所示（表中A侧和B侧分别指SCR反应器A侧和B侧,下同）。

表2脱硝效率及SCR反应器进出口NOx浓度测试结果

由表2可以看出,就脱硝效率而言,SCR工艺可以达到90%以上,脱硝装置出口NOx 浓度可以有效控制在超低排放限值要求的50mg/m3以内,表明3台机组脱硝效果均良好。其中A机组和C机组脱硝装置入口NOx浓度均能控制在设计值范围内,B 机组则超出原设计值,这主要是机组炉型、煤质、燃烧工况等因素造成。建议应优先对炉内进行燃烧优化调整,对燃煤进行合理优化调配,从源头上控制NOx生成浓度[6,7]。

2.2流场分布

流场控制是整个脱硝装置运行、维护和控制的核心技术,其中温度场、浓度场和速度场是3个关键的表征参数。因篇幅所限,本文只给出3台机组的脱硝装置的NOx浓度场分布（见图1,2）,温度场、NOx浓度场和速度场分布的相对标准偏差分别如表3~5所示。

图1满负荷工况下SCR反应器入口NOx浓度分布

图2满负荷工况下SCR反应器出口NOx浓度分布

表3：SCR反应器入/出口烟气温度分布相对标准偏差

2.2.1温度场分布

由试验结果及表3可知,SCR反应器入口和出口温度分布呈两侧低中间高趋势,其相对标准偏差基本能够控制在3%以内,且反应器A、B两侧之间偏差不大,表明脱硝装置入口和出口温度场分布较为均匀,其对脱硝系统影响相对较小。

2.2.2浓度场分布

由图1、2及表4可以发现,3台机组SCR反应器入口NOx浓度分布总体呈两侧高中间低趋势,其相对标准偏差基本能够控制在5%以内,且反应器A、B两侧之间总

体偏差不大。出口NOx浓度分布则差别较大,其中A机组出口NOx浓度分布较为均匀,B机组和C机组则偏差较大,尤其是B机组A侧和C机组B侧出口最外层NOx 浓度明显高于内侧,表4中统计的相对标准偏差值也印证了此分布情况。

这表明脱硝装置入口NOx浓度分布较为均为,但出口NOx浓度分布控制还存在着一定不确定性,这样有可能会导致反应器内局部脱硝效率过高或过低,进而造成氨逃逸率超标,对空气预热器等下游设备造成损害。分析其原因,主要为喷氨格栅喷氨不均或反应器内流场不均所致,对此应当定期开展喷氨优化调整试验[8]或流场优化试验,确保SCR反应器内流场稳定,以便脱硝装置长期高效、稳定、安全运行。

表4：SCR反应器入口和出口NOx浓度分布相对标准偏差

2.2.3速度场分布

由试验结果和表5可知,SCR反应器出口烟气流速分布整体呈现出两侧低中间高趋势,其相对标准偏差大都超过了20%。但3台机组烟气流速大小则各不相同,其中B机组烟气流速整体较高,部分测点的测试值高达30m/s,最低测试值不足

10m/s;相比而言,A机组流速最低,流速主要分布在5~10m/s,但局部流速超过

15m/s;C机组流速主要分布在10~20m/s。

由于烟速过高易造成催化剂磨损,过低则会造成催化剂积灰堵塞,二者均会对催化剂性能造成不利影响,因此烟速应当控制在一个合理的范围。考虑到现场无法对催化剂孔道流速进行测试,但反应器出口烟气流速也能表征催化剂孔道流速,因此从中可以看出B机组脱硝催化剂孔道流速偏高,A机组则有些偏低,均应当引

起注意。可通过合理布置导流板、整流装置等优化流场分布,同时也应当注意加强对供氨调节阀、喷氨喷嘴等脱硝设备的检修力度。

表5：SCR反应器出口烟气流速分布相对标准偏差

2.3氨逃逸及SO2/SO3转化率

氨逃逸浓度和SO2/SO3转化率是反映SCR脱硝系统性能水平的重要指标,其中氨逃逸浓度主要取决于喷氨量,氨分布很大程度上取决于喷氨格栅上游的氮氧化物浓度分布、烟气流速分布、喷氨流量分配等[9];SO2/SO3转化率则主要取决于煤质硫分及催化剂配方成分。

表6：SCR反应器出口氨逃逸浓度

由表6可以看出,3台机组SO2/SO3转化率均低于原设计值（1.0%）,除B机组氨逃逸超标外,A、C机组反应器出口A、B两侧NH3体积分数均低于3.0×10-6的原设计值。需要说明的是3台机组脱硝装置超低排放运行时间还不长,当前新催化剂能够满足SO2/SO3转化率性能要求,对氨逃逸浓度也基本能够控制在设计值范围内。