安徽蕪湖發(fā)電廠2#爐噴氨格柵采用分區(qū)控制式噴射技術(shù)。格柵閥開度、濃度場、速度場三者之間耦合差，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)到74.7mgm-3，NH3逃跑率達(dá)到11.4μLL-1，下游空氣預(yù)熱器的安全運(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)器入口的濃度場和速度場狀況進(jìn)行噴氨格柵優(yōu)化。調(diào)整后，在660、500、330MW的典型情況下，NOx濃度的最大偏差分別下降到5.8、10.3、11.8mgm-3，NH3的逃脫率從調(diào)整前的4.64μLL-1分別下降到調(diào)整后的2.67、3.03、2.14μLL-1。系統(tǒng)的總效率幾乎沒有變化，但效率峰值差異明顯下降。

選擇性催化還原技術(shù)是目前世界脫氮的主流技術(shù)�；鹆Πl(fā)電廠大氣污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)GB13223-2011的發(fā)布使國內(nèi)在短期內(nèi)大面積運(yùn)輸SCR脫硝系統(tǒng)，相關(guān)學(xué)者[1-7]在流場、系統(tǒng)模擬方面也進(jìn)行了很多研究，但在運(yùn)行優(yōu)化方面前期積累不足，效率不穩(wěn)定，空氣預(yù)熱器堵塞嚴(yán)重，爐膛負(fù)壓變動(dòng)激烈，必須停止?fàn)t子清掃等問題[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、濃度場、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,通過現(xiàn)場測(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)試設(shè)備和方法

1.1實(shí)驗(yàn)裝置

蕪湖發(fā)電有限責(zé)任公司2#鍋爐安裝容量660MW，共配置2臺(tái)SCR反應(yīng)器，采用高溫高塵配置。煙氣在鍋爐出口處均分為兩條路，煙氣并行分別進(jìn)入垂直配置的SCR反應(yīng)器，截面尺寸為4.8m×9m，煙氣向下流過整流器、催化劑層。煙道內(nèi)設(shè)計(jì)煙氣流速在15m以下，催化劑區(qū)域內(nèi)流速在4~5m以下。

1.2測(cè)試儀器

NO、O2進(jìn)出口濃度采用德國德圖公司Testo350型排煙分析儀測(cè)定，NO量程為0~500μLLL-1，精度為0.1μL-1，O2量程為0%~25%，精度為0.01%NH3的逃跑率采用自制氨化學(xué)取樣系統(tǒng)測(cè)定，3071型智能排煙取樣器的流量范圍為1.0~3.0Lmin-1，精度±5%，排煙槍長度為5m，壓力測(cè)定為WOBI膜箱壓力計(jì)，量程為0~200Pa，精度為4.0LM、4.0LM、4.0LM、1

1.3測(cè)試方法

通過網(wǎng)格布局測(cè)量SCR裝置的入口和出口煙道，煙道共配置10個(gè)測(cè)量孔，編號(hào)依次為B5→B1、A5→A1，其中NO、O2取樣點(diǎn)共選擇2×5×5個(gè)(取深方向5點(diǎn)平均值)，NH3取樣點(diǎn)共選擇2×5×1個(gè)，具體配置如圖1所示。NO、O2通過Testo350煙氣分析儀直接測(cè)定，氨脫離樣品采用美國EPACTM-027標(biāo)準(zhǔn)采用化學(xué)溶液法采集，采樣時(shí)間為20min。通過分析樣品溶液中的氨濃度(見圖2)，根據(jù)采集的干煙流量和O2，計(jì)算各點(diǎn)干煙NH3濃度。

2噴射氨格柵優(yōu)化前裝置狀態(tài)

2.1速度場分布

圖3是反應(yīng)器出口煙道速度場分布的示意圖，從圖中可以看出出出口煙的流速與負(fù)荷密切相關(guān)，與孔的位置有關(guān)。在三種負(fù)載情況下，b側(cè)速度平均值分別為14.1、11.3、8.4m小s-1，a側(cè)平均值分別為13.8、10.6、8.3m小s-1，平均值比分別為1.02、1.07、1.00。

兩側(cè)反應(yīng)器整體風(fēng)量均勻，負(fù)荷波動(dòng)性小。另外，反應(yīng)器入口煙道煙流速均勻分布，其中b側(cè)煙流速偏差分別為0.4、0.8、0.5m2s-1，相對(duì)偏差分別為2.8、7.1、6.0%，a側(cè)內(nèi)外絕對(duì)偏差為1.3、0.6、0.6m2s-1，相對(duì)偏差分別為9.4%、5.7%、7.2%。由此可見，速度場的波動(dòng)對(duì)噴射氨格柵的優(yōu)化調(diào)整幾乎沒有影響。

2.2濃度場分布

圖4是反應(yīng)器入口煙道不同孔位置NOx濃度分布示意圖，入口NOx濃度與負(fù)荷、孔位置密切相關(guān)。在三種負(fù)載情況下，b側(cè)平均值分別為361、281、344mg，a側(cè)平均值分別為300、253、372mgm-3，平均值的比例分別為1.20、1.11、0.93。

NOx濃度均呈外低、內(nèi)高趨勢(shì)，其中b側(cè)內(nèi)外絕對(duì)偏差為36.8、57.8、59.5mgm-3，相對(duì)偏差為10.2%、20.6%、17.3%，a側(cè)內(nèi)外絕對(duì)偏差為49.3、34.3、70.8mg總的來說，反應(yīng)器入口濃度場的分布差異很大，是噴射氨格柵優(yōu)化調(diào)整的重要因素。

從圖5可以看出，根據(jù)出口NOx濃度和氨脫離濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，NOx濃度低的地區(qū)對(duì)應(yīng)大的氨脫離濃度，容易產(chǎn)生大的氨脫離濃度。B1、A5等兩個(gè)測(cè)孔位置出口NOx濃度均小于20mgm-3，其代價(jià)為大噴射量和高氨逃跑。

B1~B5、A1~A5共計(jì)10個(gè)孔NH3的逃跑率分布平均濃度為4.64μL-1。因此，通過調(diào)節(jié)各地區(qū)的AIG噴霧，應(yīng)最大限度地提高反應(yīng)器出口NOx分布的均勻性。AIG優(yōu)化調(diào)整實(shí)驗(yàn)通過分析各測(cè)試情況下SCR出口的NOx分布，不斷優(yōu)化調(diào)整反應(yīng)器入口兩側(cè)各支管的噴射閥開度。

3氨噴射閥調(diào)整

安徽蕪湖發(fā)電廠各反應(yīng)器入口煙道配置區(qū)域型噴射柵，具有寬度方向和深度方向調(diào)整功能。每套噴射氨格柵對(duì)應(yīng)25個(gè)噴射氨支管，每5個(gè)噴射氨支管控制一個(gè)區(qū)域，測(cè)量孔與噴射氨支管的對(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)。每個(gè)支管控制8個(gè)噴嘴，支管的開度范圍為1~10，每個(gè)氨分配管都設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可以調(diào)節(jié)各支管的氨噴射流量。

調(diào)整前、調(diào)整后噴射氨格柵閥的開度分別為圖6、圖7。

本次噴霧器最佳化調(diào)整假設(shè)和原則如下:

1)反應(yīng)器出口截面NOx和NH3的相對(duì)偏差是最佳化調(diào)整的最終評(píng)價(jià)指標(biāo)

2)在調(diào)整過程中，應(yīng)綜合考慮鍋爐負(fù)荷、速度場、濃度場等多種因素，根據(jù)NH3/NOx等摩爾比理念進(jìn)行調(diào)整

3)反應(yīng)器催化劑床層正常運(yùn)行，無催化劑積灰、堵塞、中毒等現(xiàn)象

4)SC煙氣脫硝裝置AB側(cè)噴霧器母管、噴霧器支管正常運(yùn)行，無腐蝕、堵塞等情況。

4噴射氨格柵優(yōu)化后效果分析

4.1反應(yīng)器出口NOx濃度分布

圖8為4種情況反應(yīng)器出口煙道不同測(cè)孔NOx濃度分布圖。

單元調(diào)整前在660MW負(fù)荷下，平均濃度分別為56、43.5mgm-3，但測(cè)量孔的NOx濃度差異較大，其中B側(cè)NOx濃度最大偏差為74.7mgm-3，a側(cè)為56.2mgm-3。噴霧柵的最佳化調(diào)整后，NOx平均濃度幾乎沒有變化，但在660、500、330MW的負(fù)荷下，NOx濃度的差異明顯下降，b側(cè)的最大偏差分別下降到3.9、13.6、8.6mgm-3，a側(cè)的對(duì)應(yīng)偏差分別為7.9、7.0、15.1mg

4.2反應(yīng)器出口NH3逃跑率分布

圖9為4種情況反應(yīng)器出口煙道不同孔NH3逃跑率分布圖。

單元調(diào)整前在660MW負(fù)荷下，不同測(cè)孔的氨逃脫率變動(dòng)范圍廣，b側(cè)氨逃脫為1.45~11.38μLL-1，a側(cè)氨逃脫為2.47~10.29μLL-1，系統(tǒng)氨逃脫平均為4.64μLLL-1。原因是系統(tǒng)的氨噴射量、速度場、濃度場三者之間耦合差，反應(yīng)器截面區(qū)域內(nèi)NH3/NOx分布不均勻，部分區(qū)域氨多或少。

優(yōu)化調(diào)整后單元660MW負(fù)荷，氨逃離b側(cè)的變動(dòng)范圍為2.16~2.98μLL-1，a側(cè)的變動(dòng)范圍為2.49~3.16μLL-1，系統(tǒng)平均為2.67μL-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。調(diào)整前的660MW負(fù)荷分別下降了1.97、1.61、2.50μLL-1，下降幅度分別為42.4%、34.8%、53.8%。這表明，由于局部區(qū)域(B1、A5、A4)的氨量大幅度降低，氨脫離畸形的高度被消除，系統(tǒng)的氨脫離更加均勻，系統(tǒng)整體的氨脫離率大幅度降低。

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。

單元調(diào)整前在660MW負(fù)荷下，不同位置的脫硝效率變動(dòng)激烈，b側(cè)效率為73.4%~94.7%，a側(cè)效率為75.6%~94.4%，系統(tǒng)效率平均為84.8%。其原因是燃煤電站鍋爐SCR煙霧脫硝的氨噴射技術(shù)主要包括渦流式靜態(tài)混合、線性控制式氨噴射格柵、區(qū)域控制式氨噴射格柵等，本研究對(duì)象氨噴射格柵的配置屬于后者，其特征是將煙道截面分為25個(gè)大小相同的區(qū)域，配合煙氣中NOx的分布，由于相應(yīng)的區(qū)域，由于噴射器的不均勻性控制反應(yīng)的出口。

調(diào)整后單元660MW負(fù)荷下，脫硝效率b側(cè)為83.7%~85.5%，a側(cè)為83.9%~87.1%，系統(tǒng)平均為85.0%。調(diào)整后單元500MW負(fù)荷下，脫硝效率b側(cè)為79.8%~86.1%，a側(cè)為83.8%~86.5%，系統(tǒng)平均為84.6%。調(diào)整后單元330MW負(fù)荷下，脫硝效率b側(cè)為83.0%~87.8%，a側(cè)為80.1%~87.0%，系統(tǒng)平均為84.4%。在三種情況負(fù)荷下，系統(tǒng)的總效率基本上與調(diào)整前相同，但效率峰值差異大幅下降。

5結(jié)論

1)安徽蕪湖發(fā)電廠2#爐噴射氨格柵采用區(qū)分控制式噴射技術(shù)，由于噴射氨格柵閥的開度、濃度場、速度場三者之間耦合性差，反應(yīng)器出口煙道NH3/NOx分布極不均勻。在660MW的負(fù)荷下，NOx的最大偏差達(dá)到74.7mg，NH3的逃跑率最高達(dá)到11.4μLL-1，嚴(yán)重威脅下游空氣預(yù)熱器的安全運(yùn)行。

2)在660、500、330MW的負(fù)荷下，反應(yīng)器入口煙道NOx的平均偏差分別為13.4%、17.1%、18.1%，速度平均偏差分別為6.1%、6.4%、6.6%。不同測(cè)孔位置濃度場的分布差異很大，是噴射網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整不容忽視的重要因素，反應(yīng)器入口速度場的分布比較均勻，對(duì)噴霧網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整影響較小。

3)根據(jù)全區(qū)域NH3/NOx等摩爾比的理念，綜合SCR反應(yīng)器的濃度場和速度場的狀況進(jìn)行最佳化。在660、500、330MW的負(fù)荷下，A/B兩側(cè)的平均NOx濃度偏差從調(diào)整前的65.5mg小米-3分別下降到5.8、10.3、11.8mg小米-3，NH3的逃跑率從調(diào)整前的4.64μLL-1分別下降到2.67、3.03、2.14μLL-1。在三種情況下，系統(tǒng)的總效率幾乎沒有變化，但其峰值差異明顯下降。