2016, Vol. 34 
新修订的《GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准》 [1]颁布实施后，要求在用火电厂于2014-07-01前完成烟气脱硝改造工作。选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术是目前应用最为广泛的工业烟气脱硝技术之一，但由于SCR烟气脱硝技术在我国应用时间较短，运行经验不足，已投运的SCR烟气脱硝装置存在各种运行问题，严重制约了系统运行的经济性和安全性。
通常，设计单位会对SCR烟气脱硝系统的烟道、反应器内的流场进行优化设计，但在实际运行中，由于现场空间限制等因素的影响，SCR烟气脱硝催化剂入口的烟气流场并不均匀，导致SCR反应器内NOx和氨浓度场不匹配，最终造成出口NOx质量浓度分布不均匀，脱硝效率达不到设计值；且氨耗量显著增加，氨逃逸量增大，脱硝过程中生成的硫酸氢铵在空预器内沉积，导致空预器堵塞风险增大，系统阻力和电耗增加；催化剂性能和使用寿命降低，系统运行和检修成本增加[2-6]。
为此，通过测量SCR烟气脱硝系统运行时反应器入口、出口的NOx及其在各喷氨管道上的流量分布，进而调整SCR反应器内不同位置的喷氨量，使喷氨量与NOx质量浓度分布相吻合，降低出口NOx质量浓度和氨逃逸量，提高SCR烟气脱硝装置运行的经济性和安全性，对于优化SCR烟气脱硝系统运行状况具有很强的实际意义[7-9]。
1 试验方法某电厂330 MW机组采用尿素热解法脱硝工艺，设置A、B两侧反应器，出口处各设11个测点，入口处各设12个喷氨支管，每个支管设内、外2个喷氨点。在负荷和入口NOx质量浓度稳定的情况下，对SCR出口每个测点进行NOx质量浓度分布测试，得出折算浓度，计算出NOx质量浓度分布不均匀度，并根据测试结果调节对应位置的喷氨支管手动阀开度，重复上述试验，直到SCR反应器出口NOx质量浓度分布均匀为止（不均匀度小于15%）。分布不均匀度计算公式如下：
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式中 Cv-某物理量的不均匀度；
σ-某物理量的标准偏差；
X -某物理量的平均值。
NOx质量浓度分布测点安装部位应在SCR出口矩形烟道上选取，采用烟道断面网格法布置。各喷氨支管上设置孔板流量计，通过U形压差计测定各支管喷氨流量。
2 试验过程分析 2.1 优化调整前采用该试验方法分别对优化运行调整前、后SCR反应器出口NOx质量浓度分布情况进行了测试计算，优化调整前A、B两侧反应器出口NOx质量浓度分布分别见表 1、表 2。利用公式（1）可求得A侧反应器出口NOx质量浓度分布不均匀度为18.01%，高于15%，NOx质量浓度最大值与最小值差值为98.83 mg/m3。B侧反应器出口NOx质量浓度分布不均匀度为19.82%，高于15%，NOx质量浓度最大值与最小值差值为113.57 mg/m3。说明A、B两侧反应器内氨与NOx质量浓度分布不一致，即NOx质量浓度低而喷氨量高或NOx质量浓度高而喷氨量低。在满足设计脱硝效率的前提下，将会导致还原剂耗量增加，氨逃逸率高等问题，对脱硝系统运行的经济性和稳定性造成不利影响。因此有必要根据反应器出口NOx质量浓度分布情况对各喷氨支管手动阀的开度进行调节，以降低反应器出口NOx质量浓度分布的不均匀度。
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表 1 优化调整前A侧反应器出口NOx质量浓度分布 |
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表 2 优化调整前B侧反应器出口NOx质量浓度分布 |
SCR反应器出口NOx质量浓度分布测试结果是喷氨量优化调整的依据。调整的基本原则是先调整NOx质量浓度高的区域，后调整NOx质量浓度低的区域，要避免出现NOx质量浓度特别低的区域，以免局部氨逃逸量过高对下游设备造成影响。
本次优化运行试验机组SCR烟气脱硝系统喷氨支管管径为80 mm，流量孔板直径为41.4 mm，流出系数为0.6196，氨气密度为0.5846 kg/m3，可膨胀系数为0.9977。调整后A侧各喷氨支管氨气流量见表 3，A侧反应器出口NOx质量浓度分布见表 4。按照公式（1）计算可得A侧反应器出口NOx质量浓度标准偏差为16.36 mg/m3，不均匀度为9.12%。调整后不均匀度低于15%，且NOx质量浓度最大值与最小值差值为54.44 mg/m3，与调整前相比下降了44.92%，DCS监测数据显示氨逃逸率由0.95×10-6降至0.73× 10-6。
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表 3 优化调整后SCR烟气脱硝A侧反应器入口喷氨流量 |
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表 4 优化调整后A侧反应器出口NOx质量浓度分布 |
调整后B侧反应器各喷氨支管氨气流量见表 5，B侧反应器出口NOx质量浓度分布见表 6。按照公式（1）计算可得B侧反应器出口NOx质量浓度标准偏差为23.40 mg/m3，不均匀度为11.35%。调整后不均匀度低于15%，且NOx质量浓度最大值与最小值差值为72.76 mg/m3，与调整前相比下降了35.93%，DCS监测数据显示氨逃逸率由0.90×10-6降至0.71×10-6。
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表 5 优化调整后SCR烟气脱硝B侧反应器入口喷氨流量 |
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表 6 优化调整后B侧反应器出口NOx质量浓度分布 |
上述分析表明，各喷氨支管喷入的还原剂质量浓度与反应器内NOx质量浓度一致性良好，在满足设计脱硝效率的条件下，各区域氨均消耗完全，氨逃逸率低，在减少还原剂消耗量的同时，很大程度上缓解了空预器堵塞。
3 优化效果SCR反应器内流场分布不均匀、喷入的还原剂与NOx质量浓度分布不一致是造成反应器出口NOx质量浓度分布不均匀的主要原因，对系统的经济稳定运行有很大影响。该电厂通过优化调整试验，依据反应器出口NOx质量浓度分布情况对相应区域的喷氨量进行调整，可节约还原剂费用20.46万元/a，最大脱硝效率提高3.7%，在降低氨逃逸率和空预器堵塞风险的同时，A、B两侧催化剂寿命分别提高了1886.4 h和1106.4 h。此外，脱硝系统NOx超标排放的风险明显降低，污染物排放总量下降，经济效益和环境效益显著。
| [1] | 环境保护部科技标准司.GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准[S].北京:中国环境科学出版社, 2012. |
| [2] | 梁川, 沈越. 1000 MW机组SCR烟气脱硝系统优化运行[J]. 中国电力 , 2012, 45 (1) :41–44. |
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