中德技术合作火电厂SCR烟气脱硝装置的运行优化和性能试验示范_0..doc

中德技术合作火电厂SCR烟气脱硝装置的运行优化和性能试验示范 廖永进1 徐程宏1 余岳溪1 湛志钢1 温智勇1 廖宏楷1 约克·莫扎特罗2 王晔2 （1. 广东电网电力科学研究院，广州 510600；2. 德国技术合作公司，北京 100007） 摘 要： SCR脱硝技术在我国还处于起步阶段，本文介绍了中德政府技术合作“能源领域环境保护”项目框架内中德专家在某600MW机组开展“示范性火电厂SCR烟气脱硝装置运行优化和性能试验”的情况。SCR装置反应器出口NOx的浓度偏差会明显影响催化剂的寿命并增加锅炉引风机的电耗，甚至影响机组的可用率。因此十分有必要对SCR装置进行运行优化。实践表明，通过对喷氨系统的优化调节，可以明显改善出口的NOx分布、并降低氨的逃逸率。在SCR装置优化设计的前提下，应通过运行优化，控制出口NOx的相对标准偏差在20%以内。同时对于SCR装置的性能验收试验，目前我国还缺少专门的标准和规程，建议有关部门尽快出台SCR性能试验的规程，为试验的优质完成提供技术支持和保障。 关键词：火电厂；SCR；运行；优化；性能试验。 1 前言 随着国家对环境保护工作的日益重视，环境标准的相应提高，对于火电厂锅炉的NOx控制工作提出了更高的要求。由于SCR（选择性催化还原）脱硝技术具有最高的脱硝效率（可达90%），且技术较为成熟，在我国得到了越来越多的应用。目前我国投运SCR脱硝装置的大型机组已超过10台，正在建设SCR装置的机组容量超过3000万kW。火电厂SCR工程的建设，不仅需要大量的投资费用，装置建成后还需要大量的运行维护费用，包括催化剂的更换费用和电耗的增加等等。以1台600MW机组的SCR装置为例，目前的催化剂费用接近3000万元，其使用寿命只有3年左右。而由于系统阻力的增加，引风机电功率的增加可达800kW以上。但目前SCR技术的应用在中国还处于起步阶段，对于SCR装置的运行，还缺少实践经验。对于装置的性能验收试验，也没有专门的规范。为此，在中德政府双边技术合作“能源领域环境保护”项目框架下，德国技术合作公司（GTZ）邀请德国e.on工程公司的专家来华，和广东电科院合作，在某600MW机组的SCR脱硝装置进行了运行优化和性能试验的示范。 2 运行优化的必要性和手段 尽管SCR装置在设计阶段通常会通过冷态流动模型试验并结合三维两相流动数值模拟计算对烟道的流场进行优化设计。但往往由于设计水平、烟道布位和现场空间的限制等各种因素的影响，造成实地SCR催化剂入口的烟气流速场不均匀，这样会导致催化剂出口NOx和NH3的浓度场很不均匀，出现部分区域NOx含量不必要的偏低而NH3逃逸量很大或部分区域NH3逃逸较少但NOx含量较高的情况。这会影响系统总体的脱硝效果并给系统的经济稳定运行带来很大的危害。图1为不同脱硝率情况下催化剂后NOx浓度场的不均匀对催化剂寿命的影响，可以看出，若浓度偏差增大，会明显缩短催化剂的使用寿命。同时，氨逃逸的增加会产生更多的硫酸氢氨，造成锅炉空预器的堵塞和腐蚀。图2为氨逃逸对空预器清洗周期的影响，从中可以看出，当SCR系统的氨逃逸2ppm后，空预器的清洗间隔大为缩短。这会明显降低发电机组的可用率，并增加引风机的电耗（对于600MW等级机组，系统阻力增加100Pa，引风机增加功率至少有100kW），造成的直接和间接经济损失相当可观。为此，可通过对喷氨系统进行优化调整以改善催化剂出口NOx和NH3的浓度分布。即首先测量SCR装置运行时反应器出口的NOx分布，在此基础上，对喷氨隔栅各阀门进行调整以改变不同位置的喷氨量，从而实现反应器出口均匀的NOx和NH3的分布。 3 性能试验的方法简介 SCR系统的试验项目主要有：NOx脱除率；氨逃逸率；SO2/SO3转化率；脱硝装置可用率；系统压损；各项物耗、能耗（液氨、蒸汽、水、电等）以及各项辅助性测量如烟气温度、烟气流速等。其中最关键的就是对NOx、SO3和NH3的测量。 NOx的测量可采用非分散红外吸收法的NOx分析仪。和一般锅炉测量NOx排放不同的是，由于SCR反应器出口的NOx分布是不均匀的，必须进行多点网格法的测量（最好是每个催化剂单元测量1点），导致NOx的测点数量很大。以本次试验的SCR装置为例，共有2个反应器，每个反应器每层的催化剂单元数达到72个。因此，需采用如图3所示的可自动切换的阀组进行采样，以提高测试的效率。 图3 NOx测量系统示意图 SO3的测量方法采用德国大型燃烧设备联合会VGB标准4.5.2，用冷凝法进行采样。但和脱硫系统测量SO3不同的是，由于大量NH3的存在，采样烟气的温度需保持更高，应250℃。还需注意的是，每次采样前均需保证蛇形吸收管的干燥，可用异丙醇冲洗蛇行管并吹扫。SO3的分析可采用高氯