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火電機組“超低排放”下SCR脫硝系統改造后性能試驗研究
針對某電廠600MW機組超低排放下脫硝系統（SCR）改造后的主要運行性能指標進行了現場性能試驗研究，包括SCR系統的脫硝效率、氨逃逸、SO2/SO3轉化率、系統阻力、氨耗量等指標。性能試驗結果表明，SCR的主要性能指標均能達到設計的性能要求，滿足了近*下的環保要求。本文系統的研究為我國投運后的（SCR）現場性能考核、性能優化等，提供了一種現場可行而且有效的技術方法具有重要的指導意義和工程應用價值。
關鍵詞：SCR；性能試驗；超低排放
當前大氣環境形勢十分嚴峻，經常發生空氣重污染現象，霧霾天氣日益增多，已威脅了人們的身體健康。各級政府陸續出臺多項政策措施，下大力氣治理大氣污染，改善空氣質量。2014年國家發改委和國家環保部聯合下發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，要求2020年前中東部現役燃煤發電機組基本達到燃氣輪機排放限值。2014年6月，國家發改委下發《關于下達2014年煤電機組環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機等十三個燃煤機組進行超低排放環保示范改造[1-7]。
某電廠3號600MW超臨界鍋爐機組進行了SCR脫硝系統改造來滿足近*要求。針對脫硝改造的主要運行性能指標進行了現場性能試驗研究，包括SCR系統的脫硝效率、氨逃逸、SO2/SO3轉化率、系統阻力、氨耗量等指標，性能試驗結果表明，SCR的主要性能指標均能達到設計的性能要求。
本文對600MW機組SCR系統性能試驗研究，為我國投運后的SCR現場性能考核、性能優化等，提供了一種現場可行而且有效的技術方法具有重要的指導意義和工程應用價值。
1設備概況
1.1設備簡介
該電廠一期3、4號機組2×600MW超臨界鍋爐是在引進ALSTOM美國公司超臨界鍋爐技術的基礎上，上海鍋爐廠有限公司結合自身技術生產的超臨界鍋爐，型號：SG－1913/25.4。該鍋爐為超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐：單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、全鋼架懸吊結構Π型露天布置、固態排渣。
1.2SCR脫硝系統簡介
SCR煙氣脫硝裝置采用高塵型工藝，設兩臺SCR反應器，布置在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間。在每臺反應器每層催化劑上方設置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。噴氨格柵具備橫向和縱向的分區調節功能，每個噴氨支管配有手動調節閥，可在根據煙道中NH3和NOx的分布情況，手動調節各支管噴氨流量。
脫硝催化劑選用日立（中國）有限公司生產的平板式催化劑。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，將現有*層催化劑模塊加高。
SCR脫硝裝置入口設計煙氣參數見表1。設計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備如下表3所列。
3試驗依據
現場性能試驗中，主要采用了如下的技術標準和相關的技術資料。
（1）中華人民共和國電力行業標準《電站鍋爐性能試驗規程》（GB10184-88）。
（2）中華人民共和國國家標準《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）。
（3）中華人民共和國電力行業標準《燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗收試驗規范》(DLT260-2012)。
（4）美國環保署煙氣取樣與分析系列標準《EPA-CTM-027、M-6C、M-7E》。
（5）美國材料與試驗協會的煙氣取樣與分析標準《ASTMD-3226-73T》。
4試驗結果分析與討論
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組600MW、450MW及300MW負荷下進行。每個試驗工況下，同步在每臺反應器進、出口測量NOx濃度，并在反應器出口用化學法采集煙氣中的氨樣品，用于計算脫硝效率和氨逃逸濃度，試驗結果匯總于表4。
機組600MW負荷下進行了平行工況試驗（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果，SCR入口NOx濃度平均為266mg/m3，系統脫硝效率為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。
機組450MW負荷下，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。
機組300MW負荷下，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。
根據試驗結果，機組高、中、低負荷下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裝置所能達到的zui大脫硝效率，機組600MW負荷下，增大噴氨量，進行了工況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。綜合滿負荷工況T-01、T-04計算SCR脫硝反應器化學潛能P約為3.10，機組600MW負荷下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轉化率
煙氣經過催化劑后，部分SO2被氧化成SO3。在低于220℃下，SO3會與NH3反應生成硫酸氫銨，造成空預器冷段受熱面的堵塞和腐蝕，為此需要控制SO2/SO3轉化率。SO2/SO3轉化率試驗在機組600MW負荷下進行。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煙氣流量、脫硝效率、入口NOx濃度及反應器出口氨逃逸濃度等進行計算，結果見表5。機組滿負荷平行工況下，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系統阻力
機組600MW負荷工況下，測量脫硝系統阻力，結果見表6。試驗中用電子微壓計分別連接SCR反應器、催化劑層進出口煙氣壓力測點，測量SCR裝置整體阻力及催化劑層阻力。根據現場測點條件，SCR入口煙氣壓力測點位于AIG上游豎直煙道上，出口壓力測點位于催化劑層出口預埋管處。參照設計資料，省煤器出口至AIG前系統阻力為40Pa，底層催化劑出口至空預器入口煙道煙道接口阻力為80Pa，數據處理中計入這兩部分阻力。
根據試驗結果，機組600MW負荷工況下，含備用層在內的催化劑總阻力為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系統阻力不大于750Pa”的性能保證值。
4.5煙氣溫降
機組600MW負荷下，在SCR反應器進出口同步測量煙氣溫度，計算煙氣溫降，測量結果見表7。實測機組滿負荷工況下反應器進出口煙氣溫降平均為4.1℃。
5結論與建議
針對某電廠600MW燃煤機組近*下SCR改造的主要運行性能指標進行了現場性能試驗研究，包括SCR系統的脫硝效率、出口NOx濃度、氨逃逸量等指標，主要結論如下：
（1）SCR脫硝裝置脫硝效率及氨逃逸、SO2/SO3轉化率、系統阻力等各項指標均達到了設計要求，達到了近*50mg/m3以下要求；
（2）CEMS表計顯示值與實測值存在偏差，尤其反應器入口NOx、氨逃逸濃度等測點偏差相對較大，建議加強在線儀表的日常維護，提高其測量準確性；
（3）性能考核試驗前經過AIG噴氨優化調整，反應器出口NOx濃度分布均勻性良好，未出現局部氨逃逸濃度過大的現象。后期受燃燒工況變化、反應器內部導流整流裝置積灰等因素影響，反應器出口NOx濃度均勻性可能變差，局部氨逃逸濃度將升高，對下游空預器等設備形成堵塞風險。建議定期對噴氨格柵各支管的噴氨量進行優化調整，提高系統運行的安全性和經濟性。
本文進行的近*下SCR增容改造現場性能試驗研究，為我國其它燃煤機組進行近*下性能試驗、優化等提供了借鑒經驗，具有較好的學術價值和工程應用價值。