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)。由于格柵閥門(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分布極不均勻,實(shí)測(cè)NOx最大偏差達(dá)74.7mg?m-3,NH3逃逸率最高達(dá)11.4μL?L-1,下游空氣預(yù)熱器安全運(yùn)行受到嚴(yán)重影響。

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)狀況進(jìn)行噴氨格柵優(yōu)化。調(diào)整后,在660、500、330MW3種典型工況下,NOx濃度最大偏差分別降至5.8、10.3、11.8mg?m-3,NH3逃逸率由調(diào)前的4.64μL?L-1分別降至調(diào)后的2.67、3.03、2.14μL?L-1。系統(tǒng)總效率基本不變,但效率峰谷差異下降明顯。

選擇性催化還原技術(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)GB13223-2011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)化方面前期缺乏積累,逐漸暴露出諸如效率不穩(wěn)、空氣預(yù)熱器堵塞嚴(yán)重,甚至爐膛負(fù)壓波動(dòng)劇烈,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)組2#爐SCR脫硝裝置為對(duì)象,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,調(diào)整氨噴射系統(tǒng)各支管的氣氨流量,以消除局部過(guò)大的氨逃逸區(qū)域,改善入口氨噴射均勻性,最大限度減少氨逃逸對(duì)空預(yù)器的影響,提出有效的噴氨格柵優(yōu)化與均勻混合實(shí)施方案。

1實(shí)驗(yàn)裝置、測(cè)試儀器及方法

1.1實(shí)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,每路煙煙氣并行分別進(jìn)入一個(gè)垂直布置的SCR反應(yīng)器,其截面尺寸為4.8m×9m,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15m?s-1,催化劑區(qū)域內(nèi)流速為4~5m?s-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Testo350型煙氣分析儀測(cè)定,NO量程0~500μL?L-1,精度0.1μL?L-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1.0~3.0L?min-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0~2000Pa,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B5→B1、A5→A1,其中NO、O2取樣點(diǎn)共選取2×5×5個(gè)(取深度方向5點(diǎn)均值),NH3取樣點(diǎn)共選取2×5×1個(gè),具體布置如圖1所示。NO、O2經(jīng)Testo350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)間20min。通過(guò)分析樣品溶液中的氨濃度(見(jiàn)圖2),并根據(jù)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)分布示意圖,從圖可知,出口煙氣流速與負(fù)荷關(guān)系密切,且與測(cè)孔位置有關(guān)。3種負(fù)荷工況下,B側(cè)速度均值分別為14.1、11.3、8.4m?s-1,A側(cè)均值分別為13.8、10.6、8.3m?s-1,均值比分別為1.02、1.07、1.00。

兩側(cè)反應(yīng)器總體風(fēng)量較均勻,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均勻,其中B側(cè)煙氣流速偏差分別為0.4、0.8、0.5m?s-1,相對(duì)偏差分別為2.8、7.1、6.0%,A側(cè)內(nèi)外側(cè)絕對(duì)偏差為1.3、0.6、0.6m?s-1,相對(duì)偏差分別為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)整基本沒(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濃度分布示意圖,可知,入口NOx濃度與負(fù)荷、測(cè)孔位置關(guān)系密切。3種負(fù)荷工況下,B側(cè)均值分別為361、281、344mg?m-3,A側(cè)均值為分別為300、253、372mg?m-3,均值之比分別為1.20、1.11、0.93。

NOx濃度均呈現(xiàn)外側(cè)低、內(nèi)側(cè)高的趨勢(shì),其中B側(cè)內(nèi)外側(cè)絕對(duì)偏差分別為36.8、57.8、59.5mg?m-3,相對(duì)偏差分別為10.2%、20.6%、17.3%,A側(cè)內(nèi)外側(cè)絕對(duì)偏差為49.3、34.3、70.8mg?m-3,相對(duì)偏差分別為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)整的一個(gè)不可忽視的重要因素。

從圖5可以看出,根據(jù)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20mg?m-3,其代價(jià)是很大的噴氨量和較高的氨逃逸。

經(jīng)計(jì)算,B1~B5、A1~A5共10個(gè)測(cè)孔NH3逃逸率分布均值濃度為4.64μL?L-1。為此,應(yīng)通過(guò)調(diào)節(jié)各區(qū)域的AIG噴氨,最大限度提高反應(yīng)器出口NOx分布的均勻性。AIG優(yōu)化調(diào)整實(shí)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)度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)。

3氨噴射閥門(mén)調(diào)整

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)節(jié)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1~5)、A2或B2(支管6~10)、A3或B3(支管11~15)、A4或B4(支管16~20)、A5或B5(支管21~25)。每路支管控制8個(gè)噴嘴,支管的開(kāi)度范圍為1~10,每根氨分配管上均設(shè)有手動(dòng)調(diào)閥可以調(diào)節(jié)各支管的氨噴射流量。

調(diào)前、調(diào)后噴氨格柵閥門(mén)開(kāi)度分別見(jiàn)圖6、圖7。

本次噴氨格柵優(yōu)化調(diào)整假設(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)整最終考核指標(biāo);

2)調(diào)整過(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,按照NH3/NOx等摩爾比理念進(jìn)行調(diào)節(jié);

3)反應(yīng)器催化劑床層運(yùn)行正常,沒(méi)有催化劑積灰、堵塞、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、堵塞等情況發(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濃度分布示意圖。

可知,機(jī)組調(diào)前在660MW負(fù)荷下,均值濃度分別為56、43.5mg?m-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74.7mg?m-3、而A側(cè)為56.2mg?m-3。噴氨格柵優(yōu)化調(diào)整后,NOx均值濃度基本不變,而在660、500、330MW負(fù)荷下,NOx濃度差異性均明顯降低,B側(cè)最大偏差分別降至3.9、13.6、8.6mg?m-3,而A側(cè)對(duì)應(yīng)偏差分別為7.9、7.0、15.1mg?m-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逃逸率分布示意圖。

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1.45~11.38μL?L-1,A側(cè)氨逃逸介于2.47~10.29μL?L-1,系統(tǒng)氨逃逸均值為4.64μL?L-1。原因在于: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分布不均勻,從而形成部分區(qū)域氨偏多或偏少的情況。

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2.16~2.98μL?L-1,A側(cè)波動(dòng)范圍為2.49~3.16μL?L-1,系統(tǒng)平均為2.67μL?L-1。調(diào)后機(jī)組500MW負(fù)荷下,氨逃逸B側(cè)波動(dòng)范圍為2.03~3.21μL?L-1,A側(cè)波動(dòng)范圍為3.08~3.74μL?L-1,系統(tǒng)平均為3.03μL?L-1。

調(diào)后機(jī)組330MW負(fù)荷下,氨逃逸B側(cè)波動(dòng)范圍為2.07~2.81μL?L-1,A側(cè)波動(dòng)范圍為1.68~2.49μL?L-1,系統(tǒng)平均為2.14μL?L-1。較調(diào)前660MW負(fù)荷分別下降了1.97、1.61、2.50μL?L-1,降幅分別為42.4%、34.8%、53.8%。這表明:噴氨格柵調(diào)整后,由于局部區(qū)域(B1、A5、A4)噴氨量大幅降低,氨逃逸畸高點(diǎn)消除,系統(tǒng)噴氨更加均勻,從而帶動(dòng)整個(gè)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)脫硝效率分布示意圖。

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)劇烈,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%,其原因在于: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,由于相應(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均勻。

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),由于噴氨格柵閥門(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分布極不均勻。在660MW負(fù)荷下,實(shí)測(cè)NOx最大偏差達(dá)74.7mg?m-3,NH3逃逸率最高達(dá)11.4μL?L-1,嚴(yán)重威脅下游空氣預(yù)熱器安全運(yùn)行。

2)在660、500、330MW負(fù)荷下,反應(yīng)器入口煙道NOx均值偏差分別為13.4%、17.1%、18.1%,而速度均值偏差分別為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)整的一個(gè)不可忽視的重要因素,而反應(yīng)器入口速度場(chǎng)分布相對(duì)均勻,對(duì)噴氨格柵優(yōu)化調(diào)整影響較小。

3)基于全區(qū)域NH3/NOx等摩爾比理念,并綜合SCR反應(yīng)器的濃度場(chǎng)和速度場(chǎng)狀況進(jìn)行噴氨格柵優(yōu)化。在660、500、330MW負(fù)荷下,A/B兩側(cè)均值NOx濃度偏差由調(diào)前的65.5mg?m-3分別降至5.8、10.3、11.8mg?m-3,NH3逃逸率由調(diào)前的4.64μL?L-1分別降至2.67、3.03、2.14μL?L-1。3種工況負(fù)荷下,系統(tǒng)總效率基本不變,但其峰谷差異下降明顯。

來(lái)源:環(huán)境工程學(xué)報(bào) 翁驥

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