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針對脫硝系統(tǒng)投運后出現(xiàn)的噴氨量不均、氨逃逸增加,容易造成空預(yù)器堵塞的問題,通過噴氨均勻性調(diào)整試驗,結(jié)合試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,優(yōu)化脫硝系統(tǒng)噴氨量,使系統(tǒng)用氨量有所下降,空預(yù)器差壓也得到有了效控制,從而確保機(jī)組長周期安全運行。

0引言

脫硝系統(tǒng)運行中,由于噴氨量不均,會引起脫硝系統(tǒng)局部氨逃逸增加,氨氣與煙氣中SO2反應(yīng)產(chǎn)生硫酸氫銨容易附著在空預(yù)器受熱面,造成空預(yù)器堵塞,從而使系統(tǒng)阻力增加,引風(fēng)機(jī)出力受限,影響機(jī)組帶負(fù)荷,嚴(yán)重時還會引起引風(fēng)機(jī)搶風(fēng),造成設(shè)備損壞事故。因此,解決好脫硝系統(tǒng)氨逃逸問題,是解決空預(yù)器堵塞的重點。

1設(shè)備情況

山西某公司2×300MW機(jī)組鍋爐為東方 鍋爐股份有限公司制造,型號為DG1060/17.4-Ⅱ4型。鍋爐為亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包鍋爐,單爐膛∏型布置,燃用煙煤,一次中間再熱,平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣,全鋼架懸吊結(jié)構(gòu),爐頂帶金屬防雨罩。選擇性催化還原技術(shù)SCR(ivecatalyticreduction)脫硝裝置是由山東三融科技有限公司生產(chǎn),催化劑采用兩用一備模式。除塵器采用一電兩袋,由福建龍凈電力環(huán)保設(shè)備廠提供;正壓氣力干式除灰系統(tǒng)由鎮(zhèn)江紐普蘭氣力輸送有限公司提供。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷BMCR(boilermaximumcontinuousrate)為設(shè)計參數(shù),鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為1060t/h;機(jī)組電負(fù)荷為300MW(即額定工況)時,鍋爐的額定蒸發(fā)量為1009t/h。

1.1脫硝系統(tǒng)運行中存在的主要問題

目前2臺鍋爐噴氨量差別較大,2號機(jī)組存在空預(yù)器B側(cè)運行易堵塞、噴氨管道及噴口設(shè)計不合理、氨與煙氣混合不均勻等問題。

通過試驗前數(shù)據(jù)分析,鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定,在SCR反應(yīng)器的入口煙道截面,利用網(wǎng)格法進(jìn)行測試各點的流速,SCR入口煙道流場分布見表1。

由表1可以看出,SCR入口煙道A側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域,煙氣平均流速為13.3m/s,大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.7m/s；SCR入口煙道B側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣平均流速為13.8m/s,大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.2m/s。因此,SCR入口流場分布為:靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣流速大,煙道外側(cè)區(qū)域煙氣流速小。

由表1可以看出,SCR入口煙道A側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣平均流速為13.3m/s,大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.7m/s；SCR入口煙道B側(cè)靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣平均流速為13.8m/s,大于煙道外側(cè)區(qū)域煙氣平均流速11.2m/s。因此,SCR入口流場分布為:靠近鍋爐中心線區(qū)域煙氣流速大,煙道外側(cè)區(qū)域煙氣流速小。

表1SCR入口煙道流場及脫硝裝置出口NOx及NH3逃逸濃度分布

1.2噴氨量不均對下游設(shè)備的影響

由于噴氨量不均,導(dǎo)致氨在脫硝反應(yīng)器存在局部反應(yīng)不良,氨逃逸量增加,使過量氨與煙氣中的硫化物反應(yīng),生成硫酸氫銨,沉積在下游設(shè)備上,使煙道阻力增加,影響機(jī)組帶負(fù)荷,對設(shè)備安全運行帶來較大影響。

SCR反應(yīng)器出口NOx分布均勻性較差的主要原因是煙道流場分布不均勻,而噴氨格柵AIG(ammoniainjectiongrid)各閥門開度沒有一定的指導(dǎo)原則,噴氨流量分布不能適應(yīng)煙氣量分布狀況。為了減少NOx濃度分布偏差,避免局部氨逃逸超標(biāo),須對AIG各閥門開度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

機(jī)組大修前,空預(yù)器差壓嚴(yán)重偏離設(shè)計值,造成引風(fēng)機(jī)電流偏高,影響機(jī)組帶負(fù)荷需要,機(jī)組檢修過程中,對空預(yù)器進(jìn)行了高壓水沖洗,并對部分損壞換熱原件進(jìn)行更換后,空預(yù)器差壓有了明顯下降,但在運行中氨逃逸造成空預(yù)器堵塞問題仍是影響機(jī)組長周期安全運行的主要問題。

2主要原因分析

在機(jī)組230MW工況下,鍋爐蒸發(fā)量為700t/h左右工況下進(jìn)行優(yōu)化前的摸底試驗,試驗過程中,在每臺反應(yīng)器進(jìn)出口同時測試了NOx濃度,并在反應(yīng)器出口測試了NH3逃逸濃度,初步評估脫硝裝置的效率和按氨噴射流量分配狀況。詳細(xì)測試結(jié)果見表4。

兩側(cè)SCR反應(yīng)器出口煙道截面上NOx和NH3逃逸濃度分布測試結(jié)果見表2。

表2試驗工況脫硝裝置出口NOx及NH3逃逸濃度分布

兩側(cè)出口NOx濃度分布均呈現(xiàn)出外側(cè)偏低,內(nèi)側(cè)偏高的狀況。A側(cè)SCR出口NOx最大值為58.5mg/m3,最小值為6.0mg/m3,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為51.6%；B側(cè)SCR出口NOx最大值為37.7mg/m3,最小值為8.9mg/m3,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為54.13%。SCR反應(yīng)器出口NOx分布均勻性較差。

同時,氨逃逸濃度試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)A、B兩側(cè)均呈現(xiàn)出NOx濃度低的測孔氨逃逸濃度明顯較高,煙道外側(cè)區(qū)域氨逃逸濃度較高而鍋爐中心線位置則相對較小。A側(cè)最大氨逃逸濃度達(dá)到4.50μL/L,最小為1.64μL/L,B側(cè)最大氨逃逸濃度達(dá)到5.01μL/L,最小為1.93μL/L。

SCR反應(yīng)器出口NOx分布均勻性較差的主要原因是煙道流場分布不均勻,而AIG噴氨格柵各閥門開度沒有一定的指導(dǎo)原則,噴氨流量分布不能適應(yīng)煙氣量分布狀況。為了減少NOx濃度分布偏差,避免局部氨逃逸超標(biāo),須對AIG噴氨格柵各閥門開度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

3噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗

根據(jù)兩側(cè)煙道煙氣流場NOx濃度及氨逃逸情況分布,由于噴氨隔柵流場分布不均問題是造成氨逃逸的大的主要問題,因此必須進(jìn)行噴氨均勻性調(diào)整試驗。

在鍋爐230MW,鍋爐蒸發(fā)量為700t/h工況下,根據(jù)摸底測試測得SCR反應(yīng)器出口截面NOx濃度和NH3逃逸濃度分布結(jié)果,對反應(yīng)器入口煙道上AIG噴氨格柵不同支管的手動蝶閥開度進(jìn)行了調(diào)節(jié),經(jīng)過反復(fù)調(diào)整,兩側(cè)反應(yīng)器出口截面的NOx分布均勻性有所改善。調(diào)整前后各支管手動蝶閥開度見表3,主要結(jié)果匯總?cè)缫姳?。

表3優(yōu)化調(diào)整試驗前后AIG噴氨支管手動蝶閥開度對比

表4噴氨優(yōu)化調(diào)整后SCR反應(yīng)器出口NOx及NH3逃逸濃度分布

A側(cè)SCR出口NOx最大值為35.0mg/m3,最小值為13.3mg/m3,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為32.6%;B側(cè)SCR出口NOx最大值為27.9mg/m3,最小值為17.3mg/m3,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為19.3%。SCR反應(yīng)器兩側(cè)出口NOx分布均勻性得到改善,其中B側(cè)均勻性得到改善,A側(cè)由于經(jīng)各種調(diào)整方法最外側(cè)測點處NOx濃度并無明顯變化,造成A側(cè)出口NOx相對標(biāo)準(zhǔn)偏差仍然較大。

同時,氨逃逸濃度試驗結(jié)果表明,A側(cè)最大氨逃逸濃度達(dá)到3.89μL/L,最小為1.55μL/L,平均為2.38μL/L;B側(cè)最大氨逃逸濃度達(dá)到2.57μL/L,最小為2.11μL/L,平均為2.34μL/L。可以看出經(jīng)過噴氨優(yōu)化后,A、B反應(yīng)器出口NOx濃度分布偏差和局部氨逃逸較大的問題有所改善。

4試驗結(jié)論及建議

4.1結(jié)論

a)SCR入口速度場測量發(fā)現(xiàn)：SCR入口A、B兩側(cè)靠近鍋爐中心線側(cè)煙氣流速大于煙道外側(cè),流場分布不均。

b)噴氨優(yōu)化調(diào)整前,鍋爐蒸發(fā)量為700t/h工況下,A、B反應(yīng)器入口NOx濃度分布均勻性較好;A、B反應(yīng)器出口NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為51.6%、54.13%,NH3逃逸濃度存在顯著的局部超標(biāo)現(xiàn)象,A、B兩側(cè)最大氨逃逸濃度達(dá)到4.5μL/L、5.01μL/L。

c)通過噴氨優(yōu)化調(diào)整,SCR反應(yīng)器出口NOx濃度分布偏差較大和氨逃逸局部超標(biāo)情況有所改善。鍋爐蒸發(fā)量為700t/h工況下的驗證工況表明,A、B反應(yīng)器出口NOx分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為32.6%和19.3%,氨逃逸濃度最大值分別為3.89μL/L和2.57μL/L。

4.2改造建議

4.2.1SCR入口煙道流場優(yōu)化

SCR入口速度場分布不均勻,建議對SCR入口煙道進(jìn)行流場模擬,對煙道流場進(jìn)行優(yōu)化改造。

4.2.2噴氨支管及噴氨格柵改造

由于A側(cè)反應(yīng)器出口煙道最外側(cè)測孔處NOx濃度偏小,經(jīng)過一系列調(diào)整方法此處NOx濃度并無明顯變化,造成A側(cè)反應(yīng)器出口NOx濃度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差依然較大,但優(yōu)化調(diào)整過后A側(cè)反應(yīng)器出口NOx濃度總體均勻性有所改善。針對此問題分析主要是入口噴氨不均勻,反應(yīng)器出口NOx濃度與該區(qū)域AIG噴氨支管手動蝶閥開度并無直接對應(yīng)關(guān)系;且據(jù)了解目前電廠氨/煙氣混合技術(shù)單一采用噴氨格柵,混合調(diào)節(jié)手段單一,噴氨均勻性不好,建議在噴氨格柵上方加裝混流裝置,使氨/煙氣混合更加均勻,改善脫硝出口NOx均勻性差及局部氨逃逸嚴(yán)重的問題。

5結(jié)束語

通過脫硝系統(tǒng)噴氨流場優(yōu)化試驗,可有效控制系統(tǒng)加氨量,防止因加氨量過多,氨逃逸量大引起的空預(yù)器等下游設(shè)備堵塞,確保主機(jī)設(shè)備的安全運行;另外,通過噴氨量優(yōu)化,用氨量減少,能有效降低火電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本,為同類型火電機(jī)組提供了良好的實踐經(jīng)驗。