某600MW机组于2013年11月建成SCR脱硝装置，设置2个反应器。每个反应器设置21根喷氨支管，无流量孔板和压差测量管，出口烟道设有14个烟气取样孔。该机组脱硝系统于2015年8月进行喷氨格栅(AIG)优化调整。
基于全区域NH3/NOx等摩尔比理念,并综合考虑该反应器入口的浓度场和速度场状况进行喷氨格栅优化。调整后,在660、500、330MW3种典型工况下,NOx浓度大偏差分别降至5.8、10.3、11.8mg•m-3,NH3逃逸率由调前的4.64μL•L-1分别降至调后的2.67、3.03、2.14μL•L-1。系统总效率基本不变,但效率峰谷差异下降明显。
选择性催化还原技术是当前世界上脱氮主流工艺。火电厂大气污染物排放控制标准GB13223-2011的颁布使国内在短期内大面积投运SCR脱硝系统,相关学者[1-7]在流场、系统模拟方面也做了较多研究;但在运行优化方面前期缺乏积累,逐渐暴露出诸如效率不稳、空气预热器堵塞严重,甚至炉膛负压波动剧烈,不得不停炉吹扫等问题[8-11]。
通过网格布点测量SCR装置的入口及出口烟道,烟道共布置10个测孔,编号依次为B5→B1、A5→A1,其中NO、O2取样点共选取2×5×5个(取深度方向5点均值),NH3取样点共选取2×5×1个,具体布置如图1所示。NO、O2经Testo350烟气分析仪直接测定,氨逃逸样品采用美国EPA的CTM-027标准以化学溶液法采集,取样时间20min。通过分析样品溶液中的氨浓度(见图2),并根据所采集的干态烟气流量和O2,计算各点干基烟气NH3浓度。
图3为反应器出口烟道的速度场分布示意图,从图可知,出口烟气流速与负荷关系密切,且与测孔位置有关。3种负荷工况下,B侧速度均值分别为14.1、11.3、8.4m•s-1,A侧均值分别为13.8、10.6、8.3m•s-1,均值比分别为1.02、1.07、1.00。
两侧反应器总体风量较均匀,受负荷波动性较小。此外,反应器入口烟道烟气流速分布均匀,其中B侧烟气流速偏差分别为0.4、0.8、0.5m•s-1,相对偏差分别为2.8、7.1、6.0%,A侧内外侧偏差为1.3、0.6、0.6m•s-1,相对偏差分别为9.4%、5.7%、7.2%。这表明速度场的波动对喷氨格栅优化调整基本没有影响。
可以看出,根据出口NOx浓度和氨逃逸浓度的对应关系,NOx浓度较低的区域对应较大的喷氨量,极易产生较大氨逃逸浓度。B1、A5等2个测孔位置出口NOx浓度均小于20mg•m-3,其代价是很大的喷氨量和较高的氨逃逸。
每套喷氨格栅对应25根喷氨支管,而每5根喷氨支管一组控制一块区域,测孔与喷氨支管对应关系为: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个喷嘴,支管的开度范围为1~10,每根氨分配管上均设有手动调阀可以调节各支管的氨喷射流量。
本次喷氨格栅优化调整假设和原则如下: 1)反应器出口截面NOx和NH3相对偏差为优化调整终考核指标; 2)调整过程中应综合考虑锅炉负荷、速度场、浓度场等多种因素,按照NH3/NOx等摩尔比理念进行调节; 3)反应器催化剂床层运行正常,没有催化剂积灰、堵塞、中毒等现象; 4)SCR烟气脱硝装置AB侧喷氨格栅母管、喷氨格栅支管运行正常,没有腐蚀、堵塞等情况发生,同样开度下流量相同。
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