NO _x低濃度排放影響因素的調平措施及效果分新（電力）

                     王建峰，饒望平，李壯，王豐吉

                  （華電電力科學研究院，浙江杭州  310030）

摘要：通過對燃煤發電機組SCR裝置的試驗研究發現，SCR裝置和靜電除塵器的漏風會導致NO _x排放濃度升高現象，SCR裝置入口煙氣速度偏差和NH₃/NO _x配比不均勻會使氨逃逸增大，脫硝效率下降。SCR裝置入口煙氣速度、NO _x濃度和NH₃/NO _x配比調平試驗可改善SCR裝置入口的煙氣速度不均勻，降低氨逃逸和NO _x濃度，提高脫硝效率。在試驗研究的基礎上提出，對于燃煤發電廠SCR裝置，需在設備投運之前進行流場優化設汁，在設備投運之后定期進行調平試驗。

關鍵詞：NO _x；SCR脫硝設備；氨逃逸；煙氣速度；優化

中圖分類號：X701      DOI: 10.11930/j.issn．1004-9649.2016.04.023.04

 0引言

   目前環保政策日益嚴格，對于燃煤機組NO _x 排放質量濃度一般要求控制在50 mg/m，（標準狀態，乎基，6%02，下同）以下。為滿足這一排放要求，燃煤機組主要采用SCR技術．同時加裝原設計備用層催化劑。但根據燃煤發電機組實際運行情況，并受測量手段、測量點數目的影響，要滿足這一

    求，同時避免由于煙氣中含氧量波動帶來的影響 ，實際運行中脫硝裝置出口NO _x排放質量濃度要遠遠低于50 mg/m³，即脫硝效率大于原設 50mg/m³出口質量濃度對應下的脫硝效率。為滿足這一排放限值．當前燃煤發電企業主要采用加大噴氨量的方法，但在催化劑活性、NH₃/NO _x配比一定的條件下．單純采用加大噴氨量勢必導致氨逃逸增大、空氣預熱器阻力增大、鍋爐爐膛負壓波動較大等問題，影響機組的安全穩定運行。

   本文以某330 MW燃煤發電機組脫硝裝置為研究對象，對脫硝設備和靜電除塵器的漏風對脫硝效率的影響進行分析．并對SCR裝置入口煙氣

    NO _x濃度分布與NH₃/NO _x配比調平試驗的結果進行分析，為滿足現有NO _x超低排放要

求提出改善途徑。

1外部因素影響

1.1漏風影響

  某330 MW燃煤發電機組在滿負荷條件下．產生的煙氣量為1126 000 m3/h, SCR脫硝裝置加裝3層催化劑，出口NO _x質量濃度為30 mg/m3。假定空氣預熱器漏風系數為6%,靜電除塵器漏風系數為3%,石灰石一石膏濕法脫硫系統漏風系數為3%，各設備漏入空氣后物理性質不發生變化．計算得出空氣預熱器出口、靜電除塵器出口及脫硫裝置出口NO _x濃度（見表1）。

    根據表1計算結果可知．受后續設備漏風的影響，NO _x質量濃度降低，即在漏風的影響下，如果SCR裴置出口滿足排放濃度限值要求．那么脫硫裝置出口也一定可以滿足排放要求。但實際運行中，煙氣為非均勻流體，漏入的空氣不能及時與原煙氣混合均勻，NO _x濃度的分布不均勻，在實際的單點測量巾發現NO _x濃度在靜電除塵器出口大于脫硝裝置出口，脫硫裝置出口大于脫硝裝置出口(見圖1),因此燃煤發電廠一般采用加大噴氨量來降低脫硫裝置出口即煙氣終排口 NO _x濃度超過排放限制的風險。

1.2靜電除塵器影響

    據現場試驗數據發現．如果燃煤發電機組采用靜電除塵器，在靜電除塵器出口NO _x濃度有明顯升高。有關研究表明，在脈沖電源的作用下，放電極板之間流過的空氣會產生一定量的NO。

    目前燃煤發電廠靜電除塵器極板一般采用Q235，極板之間的距離為400～450 mm，根據研究表明，含有逃逸氨、N₂、水分和O₂的煙氣在流經約50 kV. 900 m A的放電極板時，熱電離產生的N基和0基相互作用產生NO，因此靜電除塵器出口NO _x濃度高于脫硝裝置和空氣預熱器出口。

2脫硝效率的影響因素

    SCR脫硝技術中，主要承擔脫硝任務的為第一層催化劑，下層催化劑主要是控制氨逃逸；隨運行時問推移，下層催化劑脫硝任務逐漸增大。

    高脫硝效率對催化劑的基本要求除滿足脫硝效率外，氨逃逸不能超過2.28 mg/m³。為滿足NO _x排放質量濃度不大于50 mg/m³排放的要求，主要需要控制以下條件。

2.1  煙氣速度偏差

    相對速度標準偏差定義如下：

    研究表明，氨逃逸控制在2.28 mg/m1以下．相對速度偏差要控制在7%以下。速度偏差

越?。疅煔饪梢跃鶆蛄鬟^催化劑表面，即煙氣在催化劑表面停留時間相當，煙氣中NO _x與NH₃反應充分．可以避免由于相對速度過高導致脫硝反應不充分、局部出現氨未能完全反應，造成氨逃逸超標，局部出現NO _x過量，即NO排放超標。

2.2 NH₃/NO _x分布偏差

    燃煤發電廠SCR系統入口煙氣速度與NH₃／NO _x配比的關系用人口截面的不均勻性系數表達，不均勻性系數定義如下：

    研究表明，隨NH₃/NO _x不均勻性系數提高，脫硝效率下降，而且脫硝效率越高，下降

的值越多。如果NH₃/NO _x不能較好匹配，煙氣流經催化劑表面時，反應不能充分進行，即NH₃/NO _x與人口NO _x濃度場分布相匹配，才可以保證滿足脫硝效率，在投運機組中，不同負荷下NO _x濃度場分布不盡相同，因此應根據實際情況進行噴氨調整。

3實測數據分析

3.1  入口流速優化必要性

    圖2為國內13個燃煤發電機組的SCR裝置入口煙氣速度不均勻性系數與氨逃逸的統計結果，根據結果顯示，基本趨勢為SCR裝置入口速度不均勻性系數越高，氨逃逸越高，局部數據不符合這一趨勢可能是由于測試期問取樣管路伴熱不足或是飛灰量較大導致。

    SCR裝置入口煙氣速度不均勻性系數直接影響SCR裝置是否能滿足NO _x排放限值要求，但入口煙氣速度不均勻性系數非工程投運之后可進行優化，岡此在工程設計前期應進行鍋爐燃燒優化調整．減少鍋爐兩側由于爐膛出口煙氣旋轉帶米的煙氣量偏差，同時要在SCR裝置設計前期進行數值模擬和物理模擬，設置最優的導流措施，降低SCR裝置入口煙氣速度的不均勻性系數，增加氨逃逸和NO _x排放達標的安全系數，嚴格控制后續設備漏風，降低由于設備漏風帶來的超標排放風險，條件允許時，建議燃煤發電廠在線監測數據采集采用多點測量求均值的方式進行。

3.2  NH₃／NO _x調平必要性

    目前運行的SCR裝置入口測試孔一般加裝在噴氨格柵之前，因此NH₃/NO _x調平一般采用對測試孔處NO、濃度進行預調平，主要采用調整鍋爐的配粉、配風方式以達到測試孔處NO _x濃度均勻，然后測試測試孔出口處的NO _x濃度場來反應NH₃／NO _x調平結果，同時測量若干點（根據煙道進行確定）氨逃逸來驗證調整結果。

    圖3為SCR裝置入口NO _x濃度分布，是NH₃/ NO _x淵平進行的前提條件，即調平基于入口NO _x 濃度場分布進行，調整前，由于鍋爐燃燒條件以及不同層燃燒器的投運、配風方式等因素的影響．SCR裝置入口NO _x濃度波動較大：調整后．SCR裝置入U NO _x濃度分布優于調整前NO _x濃度分布。在實施低濃度排放限值之后，應進行鍋爐優化運行調整，使SCR裝置人口NO _x趨于平衡．便于進行NH₃/NO _x配比調平試驗，為脫硝裝置高效率、安全穩定運行提供必要條件。

    由圖4可知，調整后SCR裝置出口不同測孔NO _x濃度明顯優于調整前，即噴氨格柵調整之后，可以有效匹配SCR裝置入口不同區域NH₃/NO _x分布，使煙氣流經催化劑表面時，NO _x可以被有效還原。

    由圖5可知，調整后．SCR裝置出口煙道中間區域的氨逃逸明顯降低，但煙道邊壁出現較大氨逃逸現象，這是由于在SCR反應器邊壁可能存在積灰或煙氣不均勻流動造成。

    對比圖3和圖4可知，調整前，噴氨格柵的開度相同，因此入口高濃度NO對應出口高濃度NO _x；調整后，出口NO _x濃度排放趨于均勻，即在線煙氣排放連續監測系統( CEMS)測點安裝位置對監測數據影響較小。對比圖3、圖4和圖5可知，在運行的SCR裝置上，由于鍋爐和SCR裝置相應煙道、受熱面、導流板等已固定，不能進行SCR裝置入口速度的二次調整，只能通過調整燃燒方式達到SCR裝置入口NO _x濃度趨于均勻，調整NH₃/NO _x以匹配SCR裝置人口NO _x濃度，確保出口NO _x濃度、氨逃逸均勻，保證NO _x濃度滿足超低排放要求．

4結論

    本文基于對某330 MW燃煤機組SCR裝置及靜電除塵器等設備漏風對脫硝效率的影響的研究和對SCR裝置入口速度與NH₃/NO _x調平試驗的試驗結果得出以下結論，由于試驗結果為工業試驗，因此部分試驗結果需要后續工作進一步完善。

    (1)脫硝裝置人口煙氣速度和NH₃/NO _x配比均勻性對NO _x低濃度排放有著至關重要的影響。人口煙氣速度分布系數需要在工程前期進行相應的數學／物理模擬，以達到最優的入口條件；NH₃／NO _x分布需要在SCR裝置投運之后定期進行氨調平試驗，降低偏差。

    (2)在低濃度排放限值下．應減少設備的漏風，減少漏入空氣對各通道流場的影響，確保CEMS數據的準確性和可靠性。

    (3)靜電除塵器的放電作用對NO _x低濃度排放有一定影響。為滿足NO _x排放限值，需要進一步降低SCR裝置出口NO _x濃度，SCR裝置入口煙氣速度和NH₃/NO _x配比均勻性至關重要。

    (4)對脫硝裝置建議進行卡片操作方式．即在不同負荷不同配風方式下進行試驗，制作噴氨格柵開度卡片，在后續運行中以卡片為一定依據進行調整，降低NO _x排放超標風險，提高運行的直觀性。