脱硝系统运行调整试验分析

曾国兵，张宏英，刘 聪，王明非

（1.安徽电气工程职业技术学院，安徽 合肥 230051；2.中建二局第一建筑工程有限公司，

北京 100176；3.辽宁省送变电工程有限公司，辽宁 沈阳 110021）

某热电厂锅炉是由哈尔滨锅炉厂制造的HG220/100-10YM 型自然循环煤粉炉，为了提高该炉的运行效率，达到国家火电厂大气污染物排放标准，对锅炉进行了脱硝系统改造，采用低氮燃烧系统（OFA）、SNCR 和SCR 等脱硝工艺。从改造后的运行状况发现，锅炉的NOx排放达不到环保要求（80 mg/Nm3以下），受热面的磨损加剧，空气预热器的低温段结垢严重且烟气侧阻力明显上升。为掌握锅炉脱硝系统的现状及运行特性，了解SCR脱硝进/出口NOx分布状况及其特点，对锅炉脱硝系统进行了脱硝系统运行分析及优化调整试验。

1 试验内容

1.1 SCR进/出口NOx分布测试

由于运行方式改变，喷氨不合理，烟道烟气流场不均及炉膛出口残余旋转等因素的影响，有可能会使得SCR出口的NOx分布不均匀［1-2］。试验时，通过测量SCR进口烟道和出口烟道中NOx的浓度来确定NOx分布情况，烟气采样方法执行GB/T 16157-1996《固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法》和HJ/T 47-1999《烟气采样器技术条件》的规定。

1.2 SCR脱硝效率测试

通过测量SCR 进口烟道及出口烟道中NOx的浓度和氧量，测定SCR 的脱硝效率，烟气采样方法执行GB/T 16157-1996《固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法》和HJ/T 47-1999《烟气采样器技术条件》的规定［3］。

1.3 SCR出口氨逃逸测试［4］

SCR出口烟气中未反应的氨会生成NH4HSO4，造成空气预热器的堵塞和腐蚀。所以，在SCR的出口烟道测定NH3平均浓度来确定氨逃逸量。氨的测定方法为离子选择电极法，由于出口烟气中NH3和SO3的含量非常小，测试时需对取样枪及取样管进行伴热，以避免烟气由高温急速冷凝至常温状态，影响测量结果的准确性。

2 试验过程

2.1 脱硝系统运行摸底试验

由于锅炉长期保持最大负荷运行，燃烧系统运行方式相对固定，因此喷氨优化调整只针对双磨、干气投与不投的运行方式进行。锅炉的燃烧系统、制粉系统及风烟系统均保持正常运行状态，且SNCR 与SCR 正常投用。通过摸底试验实测SCR的进/出口NOx分布状况如表1 所示，测试数据汇总如表2所示。

表1 脱硝系统运行摸底试验SCR进/出口NOx分布 mg/Nm3

表2 脱硝系统运行摸底试验测试数据汇总

表2 （续）

通过摸底试验可知：

1）SCR 进口NOx分布均呈现靠后墙区域NOx浓度低，靠前墙区域NOx浓度高的趋势，SNCR喷氨的主要作用区域为SCR进口靠后墙区域；

2）在不同运行方式下，干气投运与否及喷氨量配比的方式不同，导致SCR出口NOx分布指数差异较大。其中，干气投运方式的影响最大。由此可见，不同运行方式对NOx分布均匀性的影响很大，且SCR出口NOx分布的均匀性均差于SCR进口。

综上所述，SCR进/出口NOx分布均存在较大的不均匀性，其中SCR 出口的不均匀性更为明显。因此，需对SNCR 喷枪及SCR 喷氨格栅进行适当调整。

2.2 脱硝系统优化调整试验

针对脱硝系统喷氨量过大，SCR进/出口NOx分布不均匀等现状，机组在双磨运行且不投干气的工况下，对SNCR 喷枪及SCR 喷氨格栅进行了优化调整，并进行了相关性能试验。

2.2.1 不同SNCR与SCR喷氨量配比运行方式

工况3 的SNCR 喷氨量为34.9 kg/h，SCR 喷氨量为24.7 kg/h；工况4 的SNCR 喷氨量为29.8 kg/h，SCR 喷氨量为29.7 kg/h。两个工况的运行负荷保持在210 t/h左右，DCS运行氧量为3.0%左右，具体测试结果如表3和表4所示。

表3 工况3和工况4的SCR进/出口NOx分布 mg/Nm3

由表3 和表4 可知，对SNCR 和SCR 进行喷氨调整后，在不同的SNCR 和SCR 喷氨量配比方式下，保持总喷氨量不变，SCR 进/出口的NOx分布指数均小于1.0，且对SCR 出口分布均匀性的影响明显减弱。同时，当SNCR 喷氨量较大时（相对SCR喷氨量而言），SCR进/出口的NOx分布指数较小，分布更加均匀；SCR 出口的NOx平均浓度较低。这说明喷氨调整后，采用SNCR 喷氨量相对较大的运行方式对于控制SCR出口的NOx较为有利。

表4 工况3和工况4脱硝性能测试数据汇总

2.2.2 SNCR及SCR喷氨优化调整

在双磨运行且不投干气的工况下，优化调整前（工况1）的SNCR 喷氨量为51.7 kg/h，SCR 喷氨量为44.4 kg/h；优化调整后（工况5）的SNCR 喷氨量为39.7 kg/h，SCR 喷氨量为40.9 kg/h。优化调整前后，SNCR 喷枪和SCR 喷氨格栅的开度状况如表5和表6 所示。两个工况的SCR 进/出口NOx分布状况如表7所示，相关数据如表8所示。

表5 优化调整前后SNCR喷枪的开度 °

表6 优化调整前后SCR喷氨格栅的开度 格

注：对于表6中的“数值1/数值2”，数值1为优化调整前格栅开度（工况1），数值2为优化调整后格栅开度（工况5）；对SCR喷氨格栅的命名，沿炉膛宽度方向，由甲侧至乙侧依次为1#、2#、3#、4#；沿炉膛深度方向，由前墙至后墙依次为A、B、C、D、E。

表7 优化调整前后SCR进/出口NOx分布 mg/Nm3

表7 （续）

表8 优化调整前、调整后脱硝性能测试数据汇总

由表5～表8可知：

1）优化调整期间，SNCR 喷枪虽然经过多次调整，但SCR 进口NOx分布状况并未有明显改善（调整前后的分布指数分别为0.856 和0.867），仍呈现靠后墙区域NOx浓度低，靠前墙区域NOx浓度高的趋势，这主要是由于SNCR 喷氨作用区域较为有限所致；

2）通过SCR 喷氨格栅的优化调整，SCR 出口NOx的分布指数由1.70 下降至1.22，其分布不均的现象有较大幅度的改善；

3）脱硫塔出口NOx的浓度控制在80 mg/Nm3以内，达到了国家环保要求；

4）优化调整后（工况5），SCR 出口处的低NOx区域（低于20 mg/Nm3）稍偏向于前墙侧，由于SN‐CR和SCR喷氨的主要作用区域分别为靠后墙烟道和靠前墙烟道，实际运行中可利用此特点对SNCR和SCR进行喷氨量的配比。

2.3 SCR出口氨逃逸试验

脱硝系统优化调整后，选取SCR 出口的4 个代表点，进行氨逃逸测试，测试结果如表9所示。

表9 SCR出口氨逃逸标定数据汇总

由表9可知，在SCR出口烟道位置，NOx浓度较大区域中的氨逃逸较小，而NOx浓度较小区域中的氨逃逸较大，这符合SCR出口NOx及氨逃逸分布的一般规律。

3 结论

1）优化调整后，SNCR 和SCR 的喷氨量均为40 kg/h，总喷氨量为80.6 kg/h，比调整前（96.1 kg/h）降低约16 kg/h，降幅达16%，这主要得益于喷氨装置的调整。实际运行中，可进行SNCR 和SCR 喷氨量配比的尝试性调整，如增大SNCR 喷氨量以降低烟囱NOx排放，或减少SCR 喷氨量以减少总喷氨量，或者两者结合。

2）优化调整后，SCR 脱硝效率为83%，较调整前有2%的提升，调整后SCR 催化剂的性能状况仍保持原有的良好状态。

3）优化调整后，氨逃逸（6% 氧量修正）为16.8 ppm，仍超过一般设计值，这主要是由于SCR出口实际的NOx排放浓度过低及SCR 喷氨调节阀特性无法满足调节需要所致。

综上所述，优化调整后，SCR 出口的NOx分布有较大改善，SCR 脱硝效率略有提高，脱硝系统喷氨总量降幅至少为16%，有效缓解了SCR下游设备的硫酸氢铵（化学式）沉降及堵灰状况。实际运行中，SNCR 喷氨量应大于SCR 喷氨量5 kg/h～10 kg/h，该配比方式下更有利于控制SCR出口的NOx排放。