超超臨界鍋爐噴氨優(yōu)化與調(diào)整

謝 強(qiáng)

(中煤新集利辛發(fā)電有限公司，安徽 亳州 236700 )

0 引言

某廠超超臨界燃煤火電機(jī)組已完成超低排放改造，實(shí)現(xiàn)煙塵、SO2和NOx排放濃度遠(yuǎn)低于10 mg/Nm3、35 mg/Nm3和50 mg/Nm3，達(dá)到國標(biāo)要求[1]。自2020年4月檢修后投運(yùn)兩個(gè)月以來，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中空預(yù)器后置低溫省煤器差壓急劇增大，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)經(jīng)常發(fā)生失速及喘振異常事件。通過實(shí)地測量噴氨量并及時(shí)進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整取得了較好的效果。

1 設(shè)備概況

某電廠1號鍋爐型式：超超臨界參數(shù)變壓直流爐、單爐膛雙切圓燃燒方式、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、全露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型燃煤鍋爐。鍋爐燃用設(shè)計(jì)煤種為板集煤礦煤和劉莊煤礦煤(板集煤礦煤300萬噸和劉莊煤礦煤159萬噸)，鍋爐采用等離子點(diǎn)火方式，能滿足大于鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷30%BMCR時(shí)，不投等離子長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，鍋爐煤質(zhì)參數(shù)見表2，脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 鍋爐煤質(zhì)參數(shù)

表3 脫硝設(shè)計(jì)參數(shù)

2 脫硝系統(tǒng)概述

脫硝系統(tǒng)設(shè)備是某環(huán)保有限公司設(shè)計(jì)、制造。脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝裝置，蜂窩式催化劑，催化劑層數(shù)按2層運(yùn)行1層備用設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)煤種及校核煤種、鍋爐最大連續(xù)出力工況(BMCR)、處理100%煙氣量條件下NOx入口為300 mg/Nm3時(shí)，SCR反應(yīng)器、鋼架、還原劑制備系統(tǒng)等按脫硝率大于84%設(shè)計(jì)[2]。

采用蜂窩式催化劑，催化劑層數(shù)按2+1層設(shè)計(jì)，2層運(yùn)行，1層備用。NOx進(jìn)口 濃度按 300 mg/Nm3(標(biāo)態(tài)，干基，6%O2)設(shè)計(jì)，脫硝效率≥84%。配套2個(gè)SCR反應(yīng)器，反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間的高塵位置，催化劑按每個(gè)反應(yīng)器每層108個(gè)模塊布置，兩臺機(jī)組共計(jì)1126 m3。本項(xiàng)目采用聲波吹灰器，用于催化劑的清理。

3 噴氨系統(tǒng)就地測量

3.1 測量原理

使用氨逃逸分析儀在脫硝出口測試斷面進(jìn)行氨逃逸測試，并通過氨逃逸濃度結(jié)合NOx濃度場分布來評價(jià)噴氨的均勻性，并進(jìn)一步制定噴氨優(yōu)化調(diào)整方案。

(1)在滿負(fù)荷90%及60%負(fù)荷條件下，實(shí)測SCR反應(yīng)器進(jìn)出口的NOx/O2濃度分布、進(jìn)口煙氣溫度和出口氨逃逸濃度等，通過摸底試驗(yàn)初步評估脫硝裝置NOx濃度分布和氨噴射流量分配狀況。分別與在線NOx/O2分析儀表的顯示值進(jìn)行比較。

(2)在機(jī)組90%及60%負(fù)荷條件下，根據(jù)SCR反應(yīng)器出口NOx濃度和氨逃逸濃度分布，對各噴氨支管的手動氨閥開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，對支管氨流量重新分配。先進(jìn)行反應(yīng)器寬度方向的粗調(diào)，再進(jìn)行反應(yīng)器深度方向的細(xì)調(diào)。最大限度提高反應(yīng)器出口NOx分布均勻性，保證脫硝出口NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于15%。

(3)在機(jī)組90%及60%負(fù)荷下，測量反應(yīng)器出口的NOx濃度分布，評估優(yōu)化結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果對AIG手動調(diào)節(jié)蝶閥進(jìn)行微調(diào)。完成不同負(fù)荷下的優(yōu)化過程，以最大程度適應(yīng)鍋爐變負(fù)荷工況時(shí)煙氣的變化。

3.2 測量地點(diǎn)及測量時(shí)負(fù)荷曲線圖

測孔由初始端向擴(kuò)建端分別編號為1～15，脫硝出口測點(diǎn)位于出口垂直煙道橫截面上，由于測試條件限制，本次試驗(yàn)NOx測試深度分別為1 m、2 m、3 m，氨逃逸測試深度為1.5 m，示意圖見圖1。摸底試驗(yàn)中NOx濃度為每個(gè)測點(diǎn)都測試，氨逃逸濃度每隔一個(gè)測點(diǎn)測試；優(yōu)化和驗(yàn)證試驗(yàn)中NOx濃度為每隔一個(gè)測點(diǎn)測試，氨逃逸濃度選擇代表性測點(diǎn)測試。負(fù)荷曲線圖如圖2、圖3。

圖1 脫硝出口測試布點(diǎn)示意圖

圖2 測試期間機(jī)組的90%負(fù)荷曲線

圖3 測試期間機(jī)組的60%負(fù)荷曲線

3.3 測量數(shù)據(jù)

表4～表9為測量數(shù)據(jù)：

表4 A側(cè)出口摸底試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)(900 MW)

表5 B側(cè)出口摸底試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)(900 MW)

表6 A側(cè)出口優(yōu)化調(diào)整后測試數(shù)據(jù)(900 MW)

表7 B側(cè)出口優(yōu)化調(diào)整后測試數(shù)據(jù)(900 MW)

表8 A側(cè)出口優(yōu)化調(diào)整后測試數(shù)據(jù)(600 MW)

表9 B側(cè)出口優(yōu)化調(diào)整后測試數(shù)據(jù)(600 MW)

4 摸底試驗(yàn)

在機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定于900 MW、脫硝裝置穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，測試脫硝出口NOx濃度場分布及氨逃逸濃度，摸底試驗(yàn)期間測試數(shù)據(jù)見表4、表5，根據(jù)表4、表5繪制的NOx濃度分布圖見圖4。根據(jù)圖4，摸底試驗(yàn)脫硝A側(cè)出口截面實(shí)測NOx質(zhì)量濃度最大值為79 mg/Nm3，最小值為16 mg/Nm3，均值為48.1 mg/Nm3，NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為36.51%；脫硝B側(cè)出口截面實(shí)測NOx質(zhì)量濃度最大值為78 mg/Nm3，最小值為36 mg/Nm3，均值為61.7 mg/Nm3，NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為17.66%。脫硝出口A、B兩側(cè)NOx濃度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均超過設(shè)計(jì)值(≤15%)，NOx濃度沿反應(yīng)器方向(反應(yīng)器外側(cè)至鍋爐中心線)明顯呈現(xiàn)A側(cè)外側(cè)低而內(nèi)側(cè)高，B側(cè)內(nèi)、外側(cè)低而中間高的分布特點(diǎn)。各測點(diǎn)NOx濃度在垂直深度上變化不大。

圖4 摸底試驗(yàn)脫硝出口NOx濃度分布(900 MW)

5 噴氨優(yōu)化與調(diào)整

為了驗(yàn)證脫硝出口噴氨優(yōu)化調(diào)整后系統(tǒng)運(yùn)行的情況，在機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定于900 MW，脫硝裝置穩(wěn)定運(yùn)行下，對脫硝出口NOx濃度場分布、氨逃逸濃度進(jìn)行了測試，測試結(jié)果見表6、表7、表8、表9，根據(jù)表6、表7繪制的NOx濃度場分布見圖5。根據(jù)圖5分析，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后，在900 MW負(fù)荷下，脫硝A側(cè)出口截面實(shí)測NOx質(zhì)量濃度最大值為63 mg/Nm3，最小值為40 mg/Nm3，均值為46.8 mg/Nm3，NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為10.41%；脫硝B側(cè)出口截面實(shí)測NOx質(zhì)量濃度最大值為73 mg/Nm3，最小值為47mg/Nm3，均值為57.0 mg/Nm3，NOx濃度分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為13.33%。脫硝出口A、B兩側(cè)NOx濃度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于設(shè)計(jì)值(≤15%)，NOx濃度分布均勻性得到了提高，符合國標(biāo)要求[3]。

圖5 調(diào)整后脫硝出口NOx濃度分布(900 MW)

6 結(jié)束語

該廠1號機(jī)組經(jīng)過噴氨優(yōu)化調(diào)整后，脫硝A側(cè)出口NOx濃度場分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差由36.51%下降為10.41%(負(fù)荷900 MW)，平均氨逃逸由3.55 μL/L降至2.15 μL/L(負(fù)荷900 MW)。脫硝B側(cè)出口NOx濃度場分布相對標(biāo)準(zhǔn)偏差由17.66%下降為13.33%(負(fù)荷900 MW)，平均氨逃逸率由2.91 μL/L下降為1.90 μL/L(負(fù)荷900 MW)[3]，整個(gè)SCR脫硝反應(yīng)器的噴氨均勻性得到了提高。經(jīng)過調(diào)整后運(yùn)行半年，檢查發(fā)現(xiàn)空預(yù)器及低溫省煤器差壓未進(jìn)一步增加，確保了空預(yù)器及低溫省煤器不堵塞，保證機(jī)組安全運(yùn)行。可以為同類型機(jī)組脫硝噴氨量過大問題治理作參考。