SCR脫硝系統(tǒng)分區(qū)控制式噴氨格柵的優(yōu)化

1、SCR脫硝系統(tǒng)分區(qū)控制式噴氨格柵的優(yōu)化 安徽蕪湖電廠2#爐噴氨格柵采用分區(qū)控制式噴射技術(shù)。因?yàn)楦駯砰y門(mén)開(kāi)度、濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)三者之間耦合較差,導(dǎo)致反應(yīng)器出口煙道NH3/NOx分布極不勻稱,實(shí)測(cè)NOx最大偏差達(dá)74.7mgm-3,NH3逃逸率最高達(dá)11.4LL-1,下游空氣預(yù)熱器平安運(yùn)行受到嚴(yán)峻影響。 基于全區(qū)域NH3/NOx等摩爾比理念,并綜合考慮該反應(yīng)器入口的濃度場(chǎng)和速度場(chǎng)情況舉行噴氨格柵優(yōu)化。調(diào)節(jié)后,在660、500、330MW3種典型工況下,NOx濃度最大偏差分離降至5.8、10.3、11.8mgm-3,NH3逃逸率由調(diào)前的4.64LL-1分離降至調(diào)后的2.67、3.03、2.14LL-1

2、。系統(tǒng)總效率基本不變,但效率峰谷差異下降顯然。 抉擇性催化還原技術(shù)是當(dāng)前世界上脫氮主流工藝?；痣姀S大氣污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)GB13223-2022的頒布使國(guó)內(nèi)在短期內(nèi)大面積投運(yùn)SCR脫硝系統(tǒng),相關(guān)學(xué)者1-7在流場(chǎng)、系統(tǒng)模擬方面也做了較多研究;但在運(yùn)行優(yōu)化方面前期缺乏堆積,漸漸裸露出諸如效率不穩(wěn)、空氣預(yù)熱器阻塞嚴(yán)峻,甚至爐膛負(fù)壓波動(dòng)強(qiáng)烈,不得不停爐吹掃等問(wèn)題8-11。 尤其是環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步嚴(yán)苛后,大部分機(jī)組面臨“超凈排放”的需求,對(duì)SCR反應(yīng)器內(nèi)的速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)、噴氨格柵噴射三者之間的耦合提出了更高要求,系統(tǒng)均流與混合是脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的關(guān)鍵之一12-16。 本文擬以安徽蕪湖電廠660MW機(jī)

3、組2#爐SCR脫硝裝置為對(duì)象,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,調(diào)節(jié)氨噴射系統(tǒng)各支管的氣氨流量,以消退局部過(guò)大的氨逃逸區(qū)域,改善入口氨噴射勻稱性,最大限度削減氨逃逸對(duì)空預(yù)器的影響,提出有效的噴氨格柵優(yōu)化與勻稱混合實(shí)施方案。 1試驗(yàn)裝置、測(cè)試儀器及方法 1.1試驗(yàn)裝置 蕪湖發(fā)電有限責(zé)任公司2#鍋爐裝機(jī)容量660MW,共配置2臺(tái)SCR反應(yīng)器,采用高溫高塵布置。煙氣在鍋爐出口處被均分成兩路,每路煙煙氣并行分離進(jìn)入一個(gè)垂直布置的SCR反應(yīng)器,其截面尺寸為4.8m9m,煙氣向下流過(guò)整流器、催化劑層。煙道內(nèi)設(shè)計(jì)煙氣流速不大于15ms-1,催化劑區(qū)域內(nèi)流速為45ms-1。 1.2測(cè)試儀器 NO、O2進(jìn)出口濃度采用德國(guó)德圖公司T

4、esto350型煙氣分析儀測(cè)定,NO量程0500LL-1,精度0.1LL-1,O2量程0%25%,精度0.01%;NH3逃逸率采用自制氨化學(xué)取樣系統(tǒng)測(cè)定,配套用3071型智能煙氣采樣器流量范圍1.03.0Lmin-1,精度5%,煙氣取樣槍長(zhǎng)度為5m,壓力測(cè)試用WOBI膜盒壓力表,量程02000Pa,精度5Pa,配套4.5m的S型皮托管1根,校正系數(shù)為0.84。 1.3測(cè)試方法 通過(guò)網(wǎng)格布點(diǎn)測(cè)量SCR裝置的入口及出口煙道,煙道共布置10個(gè)測(cè)孔,編號(hào)依次為B5B1、A5A1,其中NO、O2取樣點(diǎn)共選取255個(gè)(取深度方向5點(diǎn)均值),NH3取樣點(diǎn)共選取251個(gè),詳細(xì)布置如圖1所示。NO、O2經(jīng)Tes

5、to350煙氣分析儀直接測(cè)定,氨逃逸樣品采用美國(guó)EPA的CTM-027標(biāo)準(zhǔn)以化學(xué)溶液法采集,取樣時(shí)光20min。通過(guò)分析樣品溶液中的氨濃度(見(jiàn)圖2),并按照所采集的干態(tài)煙氣流量和O2,計(jì)算各點(diǎn)干基煙氣NH3濃度。 2噴氨格柵優(yōu)化前裝置狀態(tài) 2.1速度場(chǎng)分布 圖3為反應(yīng)器出口煙道的速度場(chǎng)分布暗示圖,從圖可知,出口煙氣流速與負(fù)荷關(guān)系親密,且與測(cè)孔位置有關(guān)。3種負(fù)荷工況下,B側(cè)速度均值分離為14.1、11.3、8.4ms-1,A側(cè)均值分離為13.8、10.6、8.3ms-1,均值比分離為1.02、1.07、1.00。 兩側(cè)反應(yīng)器總體風(fēng)量較勻稱,受負(fù)荷波動(dòng)性較小。此外,反應(yīng)器入口煙道煙氣流速分布勻稱,

6、其中B側(cè)煙氣流速偏差分離為0.4、0.8、0.5ms-1,相對(duì)偏差分離為2.8、7.1、6.0%,A側(cè)內(nèi)外側(cè)肯定偏差為1.3、0.6、0.6ms-1,相對(duì)偏差分離為9.4%、5.7%、7.2%。這表明速度場(chǎng)的波動(dòng)對(duì)噴氨格柵優(yōu)化調(diào)節(jié)基本沒(méi)有影響。 2.2濃度場(chǎng)分布 圖4為反應(yīng)器入口煙道不同測(cè)孔位置NOx濃度分布暗示圖,可知,入口NOx濃度與負(fù)荷、測(cè)孔位置關(guān)系親密。3種負(fù)荷工況下,B側(cè)均值分離為361、281、344mgm-3,A側(cè)均值為分離為300、253、372mgm-3,均值之比分離為1.20、1.11、0.93。 NOx濃度均展現(xiàn)外側(cè)低、內(nèi)側(cè)高的趨勢(shì),其中B側(cè)內(nèi)外側(cè)肯定偏差分離為36.8、

7、57.8、59.5mgm-3,相對(duì)偏差分離為10.2%、20.6%、17.3%,A側(cè)內(nèi)外側(cè)肯定偏差為49.3、34.3、70.8mgm-3,相對(duì)偏差分離為16.4%、13.6%、19.0%。整體而言,反應(yīng)器入口濃度場(chǎng)分布差異性較大,是噴氨格柵優(yōu)化調(diào)節(jié)的一個(gè)不行忽略的重要因素。 從圖5可以看出,按照出口NOx濃度和氨逃逸濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系,NOx濃度較低的區(qū)域?qū)?yīng)較大的噴氨量,極易產(chǎn)生較大氨逃逸濃度。B1、A5等2個(gè)測(cè)孔位置出口NOx濃度均小于20mgm-3,其代價(jià)是很大的噴氨量和較高的氨逃逸。 經(jīng)計(jì)算,B1B5、A1A5共10個(gè)測(cè)孔NH3逃逸率分布均值濃度為4.64LL-1。為此,應(yīng)通過(guò)調(diào)整各區(qū)域

8、的AIG噴氨,最大限度提高反應(yīng)器出口NOx分布的勻稱性。AIG優(yōu)化調(diào)節(jié)試驗(yàn)通過(guò)分析每個(gè)測(cè)試工況下SCR出口的NOx分布,不斷對(duì)反應(yīng)器入口兩側(cè)各個(gè)支管的噴氨閥開(kāi)度舉行優(yōu)化調(diào)整。 3氨噴射閥門(mén)調(diào)節(jié) 安徽蕪湖電廠每個(gè)反應(yīng)器入口煙道均布置區(qū)域型噴氨格柵1套,均具備寬度方向及深度方向調(diào)整功能。每套噴氨格柵對(duì)應(yīng)25根噴氨支管,而每5根噴氨支管一組控制一塊區(qū)域,測(cè)孔與噴氨支管對(duì)應(yīng)關(guān)系為:A1或B1(支管15)、A2或B2(支管610)、A3或B3(支管1115)、A4或B4(支管1620)、A5或B5(支管2125)。每路支管控制8個(gè)噴嘴,支管的開(kāi)度范圍為110,每根氨分配管上均設(shè)有手動(dòng)調(diào)閥可以調(diào)整各支管的

9、氨噴射流量。 調(diào)前、調(diào)后噴氨格柵閥門(mén)開(kāi)度分離見(jiàn)圖6、圖7。 本次噴氨格柵優(yōu)化調(diào)節(jié)假設(shè)和原則如下: 1)反應(yīng)器出口截面NOx和NH3相對(duì)偏差為優(yōu)化調(diào)節(jié)終于考核指標(biāo); 2)調(diào)節(jié)過(guò)程中應(yīng)綜合考慮鍋爐負(fù)荷、速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)等多種因素,根據(jù)NH3/NOx等摩爾比理念舉行調(diào)整; 3)反應(yīng)器催化劑床層運(yùn)行正常,沒(méi)有催化劑積灰、阻塞、中毒等現(xiàn)象; 4)SCR煙氣脫硝裝置AB側(cè)噴氨格柵母管、噴氨格柵支管運(yùn)行正常,沒(méi)有腐蝕、阻塞等狀況發(fā)生,同樣開(kāi)度下流量相同。 4噴氨格柵優(yōu)化后效果分析 4.1反應(yīng)器出口NOx濃度分布 圖8為4種工況反應(yīng)器出口煙道不同測(cè)孔NOx濃度分布暗示圖。 可知,機(jī)組調(diào)前在660MW負(fù)荷下,均值

10、濃度分離為56、43.5mgm-3,但不同測(cè)孔的NOx濃度差異較大,其中B側(cè)NOx濃度最大偏差為74.7mgm-3、而A側(cè)為56.2mgm-3。噴氨格柵優(yōu)化調(diào)節(jié)后,NOx均值濃度基本不變,而在660、500、330MW負(fù)荷下,NOx濃度差異性均顯然降低,B側(cè)最大偏差分離降至3.9、13.6、8.6mgm-3,而A側(cè)對(duì)應(yīng)偏差分離為7.9、7.0、15.1mgm-3。 4.2反應(yīng)器出口NH3逃逸率分布 圖9為4種工況反應(yīng)器出口煙道不同測(cè)孔NH3逃逸率分布暗示圖。 可知,機(jī)組調(diào)前在660MW負(fù)荷下,不同測(cè)孔的氨逃逸率波動(dòng)范圍很大,B側(cè)氨逃逸介于1.4511.38LL-1,A側(cè)氨逃逸介于2.4710.

11、29LL-1,系統(tǒng)氨逃逸均值為4.64LL-1。緣由在于:系統(tǒng)噴氨量、速度場(chǎng)、濃度場(chǎng)三者之間耦合較差,反應(yīng)器截面區(qū)域內(nèi)NH3/NOx分布不勻稱,從而形成部分區(qū)域氨偏多或偏少的狀況。 優(yōu)化調(diào)后機(jī)組660MW負(fù)荷下,氨逃逸B側(cè)波動(dòng)范圍為2.162.98LL-1,A側(cè)波動(dòng)范圍為2.493.16LL-1,系統(tǒng)平均為2.67LL-1。調(diào)后機(jī)組500MW負(fù)荷下,氨逃逸B側(cè)波動(dòng)范圍為2.033.21LL-1,A側(cè)波動(dòng)范圍為3.083.74LL-1,系統(tǒng)平均為3.03LL-1。 調(diào)后機(jī)組330MW負(fù)荷下,氨逃逸B側(cè)波動(dòng)范圍為2.072.81LL-1,A側(cè)波動(dòng)范圍為1.682.49LL-1,系統(tǒng)平均為2.14L

12、L-1。較調(diào)前660MW負(fù)荷分離下降了1.97、1.61、2.50LL-1,降幅分離為42.4%、34.8%、53.8%。這表明:噴氨格柵調(diào)節(jié)后,因?yàn)榫植繀^(qū)域(B1、A5、A4)噴氨量大幅降低,氨逃逸畸高點(diǎn)消退,系統(tǒng)噴氨越發(fā)勻稱,從而帶動(dòng)囫圇系統(tǒng)氨逃逸率的大幅下降。 4.3系統(tǒng)脫硝效率分布 圖10為4種工況系統(tǒng)脫硝效率分布暗示圖。 可知,機(jī)組調(diào)前在660MW負(fù)荷下,不同位置的脫硝效率波動(dòng)強(qiáng)烈,B側(cè)效率介于73.4%94.7%,A側(cè)效率介于75.6%94.4%,系統(tǒng)效率均值為84.8%,其緣由在于:燃煤電站鍋爐SCR煙氣脫硝的氨噴射技術(shù)主要包括渦流式靜態(tài)混合、線性控制式噴氨格柵、分區(qū)控制式噴射格

13、柵等,本研究對(duì)象噴氨格柵布置屬于后者,其特征是把煙道截面分成25個(gè)大小相同的區(qū)域,以匹配煙氣中NOx的分布,因?yàn)橄鄳?yīng)區(qū)域氨噴射流量控制不合理,從而導(dǎo)致反應(yīng)器出口截面效率的不勻稱。 調(diào)后機(jī)組660MW負(fù)荷下,脫硝效率B側(cè)介于83.7%85.5%,A側(cè)介于83.9%87.1%,系統(tǒng)平均為85.0%。調(diào)后機(jī)組500MW負(fù)荷下,脫硝效率B側(cè)介于79.8%86.1%,A側(cè)介于83.8%86.5%,系統(tǒng)平均為84.6%。調(diào)后機(jī)組330MW負(fù)荷下,脫硝效率B側(cè)介于83.0%87.8%,A側(cè)介于80.1%87.0%,系統(tǒng)平均為84.4%。3種工況負(fù)荷下,系統(tǒng)總效率基本與調(diào)前持平,但效率峰谷差異大幅下降。 5結(jié)論 1)安徽蕪湖電廠2#爐噴氨格柵采用分區(qū)控制式噴射技術(shù),因?yàn)閲姲备駯砰y門(mén)開(kāi)度、濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)三者之間耦合性較差,導(dǎo)致反應(yīng)器出口煙道NH3/NOx分布極不勻稱。在660MW負(fù)荷下,實(shí)測(cè)NOx最大偏差達(dá)74.7mgm-3,NH3逃逸率最高達(dá)11.4LL-1,嚴(yán)峻威逼下游空氣預(yù)熱器平安運(yùn)行。 2)在660、500、330MW負(fù)荷下,反應(yīng)器入口煙道NOx均值偏差分離為13.4%、17.1%、18.1%,而速度均值偏差分離為6.1%、6.4%、6.6%。不同測(cè)孔位置濃度場(chǎng)分布差異性較大,是噴氨格柵優(yōu)化調(diào)節(jié)的一個(gè)不行忽略的重要因素,而反應(yīng)器入口速度場(chǎng)分布