摘要：〖NO〗_x污染是一个全球问题，它会导致温室效应，破坏臭氧层和形成酸雨。我们国家对〖NO〗_x的排放做出了严格的限制。另一方面脱硝所用液氨的价格较贵，给对电厂的经济运行带来了挑战。锅炉脱硝系统的正常运行对于整个发电厂的环保和经济运行都有着非常重要的影响。本文通过对发电厂脱硝系统运行中存在的问题进行总结与分析，提出了一些有效的优化调整措施，希望在满足严苛环保要求下保持脱硝系统的经济运行。

关键词：脱硝系统;超净排放;精准喷氨

引言

为达到国家环保超净排放标准的严格要求（30万千瓦及以上公用燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保指标，即在基准氧含量6%条件下，氮氧化物排放浓度分别不高于50毫克/立方米），华能井冈山电厂一期两台30万千瓦燃煤机组采用选择性催化还原（SCR）工艺烟气脱硝系统，锅炉配置2台SCR反应器，采用纯度为99.6%的液氨做为脱硝系统的反应剂。SCR反应器布置在省煤器与空预器之间的高含尘区域。脱硝系统在机组并网运行期间保持连续运行，运行人员既要确保脱硝系统〖NO〗_x出口浓度在标准要求之内，又要满足脱硝系统节约经济运行的要求。所以要对机组脱硝喷氨进行优化控制，实现精准喷氨，既满足于严苛的环保要求，又能节约液氨消耗的成本，助力我厂实现绿色节能型电厂的建设。

一 SCR脱硝系统简介

我厂一期锅炉烟气脱硝装置布置在炉外，呈露天布置，采用高粉尘布置的SCR工艺，即将SCR反应器布置在省煤器之后、空预器和电除尘之前。脱硝系统布置有三台稀释风机，一台运行，两台备用。氨气与空气混合后被喷入反应器中，与反应器中的氮氧化物发生反应。烟气中所含的全部飞灰和〖SO〗_2均通过催化剂反应器，〖NO〗_x的去除率可达到80%～85%。每台锅炉配置两台SCR反应器，采用蜂窝式催化剂，按“2+1”模式布置三层催化剂。SCR的化学反应机理比较复杂，催化剂选择性主要是指在有O_2的条件下〖NH〗_3被〖NO〗_x氧化，而不是被O_2氧化，SCR反应是选择性反应生成N_2，而非其他的含氮氧化物。烟气脱硝系统运行应通过精准喷氨的控制同时达到超净排放和安全经济的目标。

二 实现路径分析

1 存在问题分析与调整方法

问题一：影响脱硝系统入口〖NO〗_x浓度的变化因素，如何抑制〖NO〗_x的生成，减低其浓度，减少喷氨量。

根据〖NO〗_x的生成起源与生成途径，〖NO〗_x的生成可以分为三类。

①热力型〖NO〗_x，在高温下，O_2离解生成氧原子，空气中的N_2被氧原子氧化形成。热力型〖NO〗_x的生成特点是燃烧区域温度越高，氧气浓度越大，则生成的 〖NO〗_x就越多。在实际燃烧室中，必然存在温度的分布不均匀，导致局部高温区的存在，在这些区域内会生成较多的〖NO〗_x。

②瞬时型〖NO〗_x，瞬时型〖NO〗_x的生成与〖CH〗_i烃类基团密切相关，在富燃料和空气不足时，〖CH〗_i烃类基团较多，因而产生的瞬时型〖NO〗_x自然也较多。这种情况多发生在内燃机的燃烧过程中，而在锅炉运行中，为了充分燃烧而加入过剩空气，这种情况发生较少。

③燃料型〖NO〗_x，燃煤中的含氮氧化物在燃烧过程中氧化而生成的氮氧化物。燃料在进入炉膛后，燃料中的氮有机化合物先在高温下受热分解，形成〖NH〗_i、HCN等中间产物，〖NH〗_i和HCN能够被含氧原子的化学组分R（OH、O、O_2）氧化生成NO和H_2O。过剩空气系数（即燃烧区域含氧量）对燃料氮最终生成的〖NO〗_x有重要影响。在富燃料条件下，O_2处于缺乏状态，此时燃料中的氮形成大量的〖NH〗_i、HCN等中间产物，与碳、氢等元素竞争不足的O_2，由于其竞争力不足，而使其转向与已生成的NO发生反应，使NO被还原成N_2，从而减少了〖NO〗_x的形成。在贫燃料的情况下则相反。

解决方案：通过分析影响脱硝系统入口〖NO〗_x浓度的变化因素，采取措施抑制〖NO〗_x的生成，减低其浓度，减少喷氨量。

我厂通过三种方式的综合运用的调整来抑制〖NO〗_x的生成，降低脱硝系统入口〖NO〗_x的浓度。

①采用低氮燃烧器，煤粉气流通过燃烧器内部的弯道所产生的离心力，使得煤粉实现浓淡分离，从而降低了燃烧中心的氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧，抑制了〖NO〗_x的生成，〖NO〗_x的生成量大幅度降低。一次风携带煤粉的浓淡分离， 在靠近水冷壁附近形成氧化性气氛，可以防止或减轻水冷壁的高温腐蚀和结焦。

②增加SOFA风，我厂通过在距离燃烧器上方一定位置开设了四层燃尽风喷口，使燃料的的燃烧过程沿炉膛轴向分级分阶段进行。根据负荷和风量的需求打开适当的层数的SOFA风，使得主燃烧区域的氧气含量降低，让燃料在贫氧状态下燃烧，此时主燃烧区域内的α<1，降低了燃烧区域内的燃烧速度和温度水平，这不但延迟了燃烧过程，使燃料中的N在还原性气氛中转化成〖NO〗_x的量减少，而且将已生成的〖NO〗_x部分还原，使得脱硝系统入口的〖NO〗_x含量大大减少，也就打打减少了相应的喷氨量。在机组运行过程当中，打开一层到两层SOFA风后，脱硝入口〖NO〗_x的浓度能够降低50-100ppm。

③制粉系统采用炉烟风制粉，我厂燃烧煤种主要是烟煤，四套制粉系统至少有三套制粉是磨制烟煤。采用炉烟制粉，一方面是考虑磨煤的烟煤挥发分含量高，制粉系统容易自燃和爆炸，使用炉烟降低制粉系统中的氧气含量，避开煤粉爆炸的氧气浓度范围。另一方面因为炉烟中的氧气含量较低，使得一次风里面的氧气含量也比较低，这就降低了主燃烧区域的〖NO〗_x的生成。在制粉系统都使用炉烟制粉的情况下，脱硝系统入口的〖NO〗_x含量可以控制在230-380ppm的范围内，如果CD制粉系统有一套采用纯热风和冷风制粉，那么脱硝系统入口的〖NO〗_x浓度将达到500ppm以上，将使得喷氨量大大增加。

通过这三种控制方式已经能够大大降低脱硝系统入口〖NO〗_x的浓度，使得喷氨的量大大减少，也减轻了脱硝系统的负担，在满足脱硝系统节约经济运行的同时也提高了脱硝系统的可靠性，节约了催化剂的使用寿命。

问题二：脱硝系统氨逃逸率高，脱硝效率不高，如何提高脱硝喷氨的利用率，减少氨逃逸。氨逃逸增加也带来一些后续问题。

①过量喷氨，造成脱硝系统耗氨量增大，氨逃逸增大。由于脱硝系统中各项数据的采集存在滞后，喷氨格栅中的流场和浓度场分布不均匀，氨氮摩尔比调整不合理等因素使得喷氨不精确，喷氨过量，造成氨逃逸增大。氨逃逸增大造成了很多的问题，最直接就是造成了液氨的浪费，直接增加了环保脱硝液氨的消耗量，增加了环保的成本。而且当我厂燃用高硫烟煤时，燃烧产物中的一部分〖SO〗_2将被氧化成〖SO〗_3，〖SO〗_3和剩余的氨反应生成腐蚀性很强而且粘附性较强的硫酸氢氨，硫酸氢氨会使催化剂堵塞，造成脱硝系统效率下降和和阻力增加。而且硫酸氢氨的露点温度较高，经过空预器时易粘附至空预器的换热瓦片上，造成空预器的堵塞和腐蚀，增加了引风机的电耗，使得高负荷下引风机喘振的风险增大，提高了排烟温度，降低锅炉的热效率。而且部分硫酸氢氨流入到电除尘器中也会使电除尘器极板、极线裹灰，影响除尘效率。氨逃逸增大后也会使得煤灰中的氨盐含量偏高，降低煤灰的品质，影响煤灰的综合利用。

②催化剂的工作效率受到影响。我厂的烟气脱硝装置采用高粉尘布置的SCR工艺，由于催化剂是在“不干净”的烟气中工作，其寿命会受到影响。因为飞灰中的K、Na、Ca、Si、As会使催化剂污染或者中毒，由于粉尘浓度较高，对催化剂的冲刷和磨损作用较大，影响催化剂的寿命。烟气的温度也必须保持在一定范围内，烟气温度过高也会使催化剂烧结或者使其在结晶而失效。而且燃烧高硫烟煤后烟气中含有大量的〖SO〗_2，催化剂可以使部分〖SO〗_2氧化成〖SO〗_3，同时〖SO〗_3可与泄露的氨生成腐蚀性很强的硫酸盐（硫酸氢氨）物质，影响催化剂的使用寿命。

解决方案：我厂为了提高脱硝的氨气利用率，减少氨逃逸进行了脱硝系统改造，通过优化喷氨格栅的分布，改善流场及浓度分布不均匀，数据采集的优化，采用合理的氨氮摩尔比，提高inft的自动投入率，定期吹灰等方法来提高氨的利用率，减少硫酸氢氨的生成。

①喷氨格栅改造，优化流场。在省煤器出口水平烟道变径内设置 1 组大尺寸静态混合器，该静态混合器为三角翼形式，布置为单侧导向，起到变径导流和烟气混合的作用;修改上升烟道底部的 1 组导流板，使烟气经过导流板导流后烟气流动角度得到矫正，另外弧板由原来的 90°直角形式改为60°，可降低烟气灰分下落的阻力，可防止水平段烟道积灰;SCR 上气室增设 5 组导流板，起到均流的作用，消除整流格栅安装间隙形成的局部高速区;增设 2 组出口导流板，用于减少出口烟气偏流对仪表测量结果和后续换热器磨损等不良影响。为实现精准喷氨控制，原有的10套圆盘式涡流混合器拆除，重新安装新型喷氨格栅;单侧烟道喷氨格栅分7个区，每个分区调门后包含4个格栅模块，每个模块设1个DN50手动门控制，由3根支管、30支末端喷管组成，单侧烟道共计840支喷管，配套先进控制逻辑算法，通过调整分区调门与格栅手动门，实现机组动态工况下的脱硝精准喷氨。

②优化数据采集，对原有CEMS进行更换：本次改造将#2机组拆除原SCR入口、出口CEMS仪表，更换为NCL1801原位式NOx多点分析仪，测量脱硝出入口NOx和O2浓度，脱硝系统单侧烟道入口安装2个测点，出口安装4个测点，各测点相互独立，同步测量实时输出数据;原双侧共10支DN125喷氨管道全部拆除，改造为14支DN100喷氨管道，安装手动一次门、文丘里流量计、气动调节蝶阀及格栅模块控制手动门。DCS扩展：所有新增测点信号接至本次技改新增DCS扩展柜，通过光缆接至主机DCS，实现远程监视与控制。

③加强吹灰，脱硝系统吹灰左右两侧各增设一组三只长杆式吹灰器，加上原来的两组，一共有左右侧各三组一共十八支长杆式脱硝吹灰器，并且形成定期吹灰制度，确保SCR反应装置催化剂的洁净和高效。

三、效果分析

通过上述分析和改造以后，机组脱硝系统工况得到了极大的改善，脱硝入口〖NO〗_x浓度大幅度下降，且脱硝自动投入正常，氨气利用率大大提高，氨逃逸降低到较低水平，基本不需要再担心硫酸氢氨的问题了，自动投入率很高，设定参数后不再需要人工监视，通过近两年运行数据统计分析，空预器易堵问题得到极大改善。#2机组脱硝系统相比分析和改造之前，脱硝入口的〖NO〗_x浓度下降约有150ppm左右，按照理想氨氮比为1.2左右来计算，脱硝系统满负荷处理烟气量为98万标立方，江西省统调火电机组年均利用小时数5200小时，液氨价格3400元/吨来计算，一期一台300MW机组一年就可以节约液氨成本一百八十多万元，经济成本节约显著，效果很好，实现了精准喷氨的较为理想的效果。

四、结语

本文通过对本厂一期脱硝系统〖NO〗_x来源和脱硝过程中存在的问题进行深入分析，结合我厂2018年进行的脱硝系统提效改造，找到了降低液氨消耗，精准喷氨供氨的路径方法。从近两年的实际运行情况来看，一期机组脱硝系统的经济稳定运行还是取得了非常好的效果。本文通过深入分析并提出合理方案解决脱硝系统中的一些常见问题，希望对于火电燃煤锅炉今后的环保脱硝方面得经济可靠运行起到一些参考作用。

参考文献

[1]华能井冈山电厂2×300MW机组锅炉运行规程 Q/HN-1-5310.09.002-2020.

[2]洁净煤发电技术及工程应用.化学工业出版社，2010.

[2]华能井冈山电厂二期低负荷三磨安全运行技术措施2019-001