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火電機(jī)組“超低排放”下SCR脫硝系統(tǒng)改造后性能試驗研究
針對某電廠600MW機(jī)組超低排放下脫硝系統(tǒng)（SCR）改造后的主要運(yùn)行性能指標(biāo)進(jìn)行了現(xiàn)場性能試驗研究，包括SCR系統(tǒng)的脫硝效率、氨逃逸、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、系統(tǒng)阻力、氨耗量等指標(biāo)。性能試驗結(jié)果表明，SCR的主要性能指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計的性能要求，滿足了近*下的環(huán)保要求。本文系統(tǒng)的研究為我國投運(yùn)后的（SCR）現(xiàn)場性能考核、性能優(yōu)化等，提供了一種現(xiàn)場可行而且有效的技術(shù)方法具有重要的指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：SCR；性能試驗；超低排放
當(dāng)前大氣環(huán)境形勢十分嚴(yán)峻，經(jīng)常發(fā)生空氣重污染現(xiàn)象，霧霾天氣日益增多，已威脅了人們的身體健康。各級政府陸續(xù)出臺多項政策措施，下大力氣治理大氣污染，改善空氣質(zhì)量。2014年國家發(fā)改委和國家環(huán)保部聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，要求2020年前中東部現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)排放限值。2014年6月，國家發(fā)改委下發(fā)《關(guān)于下達(dá)2014年煤電機(jī)組環(huán)保改造示范項目的通知》（國能綜電力[2014518]號文件），要求廣州華潤熱電有限公司#1機(jī)等十三個燃煤機(jī)組進(jìn)行超低排放環(huán)保示范改造[1-7]。
某電廠3號600MW超臨界鍋爐機(jī)組進(jìn)行了SCR脫硝系統(tǒng)改造來滿足近*要求。針對脫硝改造的主要運(yùn)行性能指標(biāo)進(jìn)行了現(xiàn)場性能試驗研究，包括SCR系統(tǒng)的脫硝效率、氨逃逸、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、系統(tǒng)阻力、氨耗量等指標(biāo)，性能試驗結(jié)果表明，SCR的主要性能指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計的性能要求。
本文對600MW機(jī)組SCR系統(tǒng)性能試驗研究，為我國投運(yùn)后的SCR現(xiàn)場性能考核、性能優(yōu)化等，提供了一種現(xiàn)場可行而且有效的技術(shù)方法具有重要的指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價值。
1設(shè)備概況
1.1設(shè)備簡介
該電廠一期3、4號機(jī)組2×600MW超臨界鍋爐是在引進(jìn)ALSTOM美國公司超臨界鍋爐技術(shù)的基礎(chǔ)上，上海鍋爐廠有限公司結(jié)合自身技術(shù)生產(chǎn)的超臨界鍋爐，型號：SG－1913/25.4。該鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐：單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)Π型露天布置、固態(tài)排渣。
1.2SCR脫硝系統(tǒng)簡介
SCR煙氣脫硝裝置采用高塵型工藝，設(shè)兩臺SCR反應(yīng)器，布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間。在每臺反應(yīng)器每層催化劑上方設(shè)置4臺蒸汽吹灰器及5臺聲波吹灰器。
脫硝還原劑采用液氨。氨氣與稀釋風(fēng)混合后，通過布置在SCR入口煙道截面上的格柵式噴氨裝置噴入煙道內(nèi)。噴氨格柵具備橫向和縱向的分區(qū)調(diào)節(jié)功能，每個噴氨支管配有手動調(diào)節(jié)閥，可在根據(jù)煙道中NH3和NOx的分布情況，手動調(diào)節(jié)各支管噴氨流量。
脫硝催化劑選用日立（中國）有限公司生產(chǎn)的平板式催化劑。由于4號爐省煤器分級改造后原備用層催化劑空間被占用，本次備用層催化劑加裝在*層催化劑上，將現(xiàn)有*層催化劑模塊加高。
SCR脫硝裝置入口設(shè)計煙氣參數(shù)見表1。設(shè)計SCR入口煙氣量為1868985m3/h，入口NOx濃度為350mg/m3，煙氣溫度為405℃。
2試驗項目和試驗儀器
本次試驗所包括的項目如表2所列。
本試驗所需的主要儀器設(shè)備如下表3所列。
3試驗依據(jù)
現(xiàn)場性能試驗中，主要采用了如下的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的技術(shù)資料。
（1）中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》（GB10184-88）。
（2）中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）。
（3）中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗收試驗規(guī)范》(DLT260-2012)。
（4）美國環(huán)保署煙氣取樣與分析系列標(biāo)準(zhǔn)《EPA-CTM-027、M-6C、M-7E》。
（5）美國材料與試驗協(xié)會的煙氣取樣與分析標(biāo)準(zhǔn)《ASTMD-3226-73T》。
4試驗結(jié)果分析與討論
4.1脫硝效率與氨逃逸
脫硝效率與氨逃逸考核項目分別在機(jī)組600MW、450MW及300MW負(fù)荷下進(jìn)行。每個試驗工況下，同步在每臺反應(yīng)器進(jìn)、出口測量NOx濃度，并在反應(yīng)器出口用化學(xué)法采集煙氣中的氨樣品，用于計算脫硝效率和氨逃逸濃度，試驗結(jié)果匯總于表4。
機(jī)組600MW負(fù)荷下進(jìn)行了平行工況試驗（T-01與T-04）。工況T-01實測SCR入口NOx濃度平均為272mg/m3，脫硝效率平均為88.90%時，出口氨逃逸濃度平均為1.77µL/L，NOx排放濃度為30mg/m3；工況T-04實測SCR入口NOx濃度平均為260mg/m3，脫硝效率平均為87.35%時，出口氨逃逸濃度平均1.59µL/L，NOx排放濃度為33mg/m3。綜合平行工況試驗結(jié)果，SCR入口NOx濃度平均為266mg/m3，系統(tǒng)脫硝效率為88.13%，出口氨逃逸濃度平均為1.68µL/L，NOx排放濃度平均為32mg/m3。
機(jī)組450MW負(fù)荷下，實測SCR入口NOx濃度平均為269mg/m3，脫硝效率平均為88.33%，出口氨逃逸濃度平均為1.10µL/L，NOx排放濃度平均為31mg/m3。
機(jī)組300MW負(fù)荷下，實測SCR入口NOx濃度平均為300mg/m3，脫硝效率平均為89.40%時，出口氨逃逸濃度平均為1.16µL/L，NOx排放濃度平均為32mg/m3。
根據(jù)試驗結(jié)果，機(jī)組高、中、低負(fù)荷下SCR裝置均滿足脫硝效率不小于87%同時氨逃逸濃度不大于2.75µL/L的性能保證值。
為檢驗加裝備用層催化劑后SCR裝置所能達(dá)到的zui大脫硝效率，機(jī)組600MW負(fù)荷下，增大噴氨量，進(jìn)行了工況T-05測試。實測SCR入口NOx濃度平均為198mg/m3，脫硝效率平均為94.85%時，SCR出口氨逃逸濃度平均為5.48µL/L，NOx排放濃度為10mg/m3。綜合滿負(fù)荷工況T-01、T-04計算SCR脫硝反應(yīng)器化學(xué)潛能P約為3.10，機(jī)組600MW負(fù)荷下SCR入口濃度約266mg/m3時，在保證出口氨逃逸濃度不超過2.75µL/L情況下，目前SCR裝置zui大脫硝效率約91.0%。
4.2SO2/SO3轉(zhuǎn)化率
煙氣經(jīng)過催化劑后，部分SO2被氧化成SO3。在低于220℃下，SO3會與NH3反應(yīng)生成硫酸氫銨，造成空預(yù)器冷段受熱面的堵塞和腐蝕，為此需要控制SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。SO2/SO3轉(zhuǎn)化率試驗在機(jī)組600MW負(fù)荷下進(jìn)行。SCR裝置加裝備用催化劑后，煙氣中約有0.60%的SO2被氧化成SO3，滿足不大于1.9%的性能保證值。
4.3氨耗量
試驗過程中氨耗量依據(jù)煙氣流量、脫硝效率、入口NOx濃度及反應(yīng)器出口氨逃逸濃度等進(jìn)行計算，結(jié)果見表5。機(jī)組滿負(fù)荷平行工況下，SCR入口NOx濃度分別為272mg/m3、260mg/m3，脫硝效率分別控制在88.90%、87.35%時，氨耗量分別約168.3kg/h、157.4kg/h。平均來看，SCR入口NOx濃度為266mg/m3，脫硝效率為88.13%時，氨耗量為162.9kg/h。
4.4系統(tǒng)阻力
機(jī)組600MW負(fù)荷工況下，測量脫硝系統(tǒng)阻力，結(jié)果見表6。試驗中用電子微壓計分別連接SCR反應(yīng)器、催化劑層進(jìn)出口煙氣壓力測點(diǎn)，測量SCR裝置整體阻力及催化劑層阻力。根據(jù)現(xiàn)場測點(diǎn)條件，SCR入口煙氣壓力測點(diǎn)位于AIG上游豎直煙道上，出口壓力測點(diǎn)位于催化劑層出口預(yù)埋管處。參照設(shè)計資料，省煤器出口至AIG前系統(tǒng)阻力為40Pa，底層催化劑出口至空預(yù)器入口煙道煙道接口阻力為80Pa，數(shù)據(jù)處理中計入這兩部分阻力。
根據(jù)試驗結(jié)果，機(jī)組600MW負(fù)荷工況下，含備用層在內(nèi)的催化劑總阻力為265Pa，SCR裝置整體阻力為742Pa，滿足“含加裝層的催化劑阻力不大于300Pa”、“SCR系統(tǒng)阻力不大于750Pa”的性能保證值。
4.5煙氣溫降
機(jī)組600MW負(fù)荷下，在SCR反應(yīng)器進(jìn)出口同步測量煙氣溫度，計算煙氣溫降，測量結(jié)果見表7。實測機(jī)組滿負(fù)荷工況下反應(yīng)器進(jìn)出口煙氣溫降平均為4.1℃。
5結(jié)論與建議
針對某電廠600MW燃煤機(jī)組近*下SCR改造的主要運(yùn)行性能指標(biāo)進(jìn)行了現(xiàn)場性能試驗研究，包括SCR系統(tǒng)的脫硝效率、出口NOx濃度、氨逃逸量等指標(biāo)，主要結(jié)論如下：
（1）SCR脫硝裝置脫硝效率及氨逃逸、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、系統(tǒng)阻力等各項指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求，達(dá)到了近*50mg/m3以下要求；
（2）CEMS表計顯示值與實測值存在偏差，尤其反應(yīng)器入口NOx、氨逃逸濃度等測點(diǎn)偏差相對較大，建議加強(qiáng)在線儀表的日常維護(hù)，提高其測量準(zhǔn)確性；
（3）性能考核試驗前經(jīng)過AIG噴氨優(yōu)化調(diào)整，反應(yīng)器出口NOx濃度分布均勻性良好，未出現(xiàn)局部氨逃逸濃度過大的現(xiàn)象。后期受燃燒工況變化、反應(yīng)器內(nèi)部導(dǎo)流整流裝置積灰等因素影響，反應(yīng)器出口NOx濃度均勻性可能變差，局部氨逃逸濃度將升高，對下游空預(yù)器等設(shè)備形成堵塞風(fēng)險。建議定期對噴氨格柵各支管的噴氨量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
本文進(jìn)行的近*下SCR增容改造現(xiàn)場性能試驗研究，為我國其它燃煤機(jī)組進(jìn)行近*下性能試驗、優(yōu)化等提供了借鑒經(jīng)驗，具有較好的學(xué)術(shù)價值和工程應(yīng)用價值。