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某W型火焰锅炉，设计燃用无烟煤和贫煤的混煤，满负荷运行时NOx质量浓度约1000mg/m3，最高达1300mg/m3，采用SNCR+SCR脱硝系统实现超低排放。受磨煤机组合及SNCR投运影响，脱硝反应器截面最高及最低NOx质量浓度差值达600mg/m3。高NOx质量浓度区域易超出催化剂设计脱硝能力；而低NOx质量浓度区域催化剂无法充分发挥性能，制约脱硝效率的提升，且该区域氨逃逸量过大。为改善来流烟气中NOx质量浓度分布均匀性，该厂在省煤器出口至脱硝系统AIG入口之间烟道内增设烟气混合装置，以提高烟气分布均匀性。改造前后SCR脱硝系统入口NOx质量浓度分布对比如图8所示。
图8改造前后SCR脱硝系统入口NOx质量浓度分布
由图8可见，改造后SCR脱硝系统入口NOx质量浓度分布均匀性明显提高，AIG适应性得以改善，空预器冲洗间隔延长3~6个月。
1.5喷氨量控制
根据某机组脱硝系统超低排放改造前后测试数据，分别计算脱硝系统潜能P，据此分析不同NOx排放质量浓度下氨逃逸量的变化情况，结果见表2。由表2可见：使用2层催化剂时，脱硝潜能为2.95，当NOx排放质量浓度分别控制在80、60mg/m3时，对应氨逃逸量分别为0.9、1.4µL/L；增加备用催化剂层后，脱硝潜能提升至3.12，在入口NOx质量浓度相同情况下，NOx排放质量浓度控制在40、20mg/m3时，对应氨逃逸量分别为1.6、3.6µL/L。可见，满足超低排放控制标准时氨逃逸量增幅较大，即当氨氮摩尔比超过一定值后，继续增加喷氨量，脱硝效率提高趋缓，而氨逃逸量会快速升高。如果以氨逃逸量≤3µL/L作为基准，那么超低排放背景下该机组脱硝系统出口NOx质量浓度应控制在23~50mg/m3，随着催化剂性能的衰减，NOx排放质量浓度下限将逐渐提高，因此超低排放对喷氨控制水平要求更高。可见，超低排放要求下脱硝系统精细化管理非常有必要。
表2脱硝系统出口NOx质量浓度对氨逃逸量的影响
目前，对脱硝喷氨量的控制多采用前馈+反馈的控制思路。对机组负荷变动过程中的NOx质量浓度进行预估，提前调节喷氨量。除了对脱硝侧喷氨控制进行优化外，也可对燃烧侧进行优化，在兼顾燃烧、主蒸汽温度等因素的同时，从源头减小NOx质量浓度波动，尤其在当前燃煤机组深度调峰、负荷快速响应背景下，燃烧动态优化调整显得尤为必要。某机组通过对燃烧器摆角控制逻辑、过热度设定值、总风量前馈量、风门开度等进行优化，以改善机组动态特性，优化后在机组升降负荷过程中省煤器出口NOx质量浓度波动幅度明显减小，有利于脱硝系统的稳定控制。动态特性优化前后NOx质量浓度波动情况对比如图9所示。燃烧调整可以同时降低NOx质量浓度及其波动幅度，是氨逃逸源头治理的必要措施。
图9动态特性优化前后NOx质量浓度波动对比
1.6低负荷运行
SCR脱硝催化剂运行温度区间与烟气条件有关，为达到相同的脱硝效率，不同空间速度对应的适宜温度不同，空间速度高对应温度要求较高，而空间速度低的温度相应较低，其适宜的反应温度窗口为315~400℃。烟气温度越高，脱硝效率也越高，但同时SO2/SO3转化率也会相应升高。
表3为某机组高中低负荷下的脱硝性能数据。由表3可见，虽然低负荷下烟气温度低导致脱硝反应活性降低，但烟气流速的降低弥补了催化剂活性降低的影响，低负荷运行时氨逃逸量往往低于高负荷。
表3不同负荷下机组脱硝性能
对脱硝系统运行温度下限的控制主要考虑催化剂微孔中ABS结露堵塞的影响。结露是ABS随温度变化的一种化学特性，与催化剂成分无关。制定低负荷运行方案时，首先应根据烟气条件确定催化剂最低连续运行温度（MOT），该温度与烟气条件有关。MOT与烟气NH3和SO3体积分数的关系如图10所示。当催化剂在MOT和ABS结露温度
之间短时间（数小时）运行后，催化剂可以通过在MOT条件下运行恢复活性；如果低于ABS结露温度运行，催化剂则无法在MOT下恢复活性，催化剂恢复活性则需更高的温度及更长的运行时间；如果长时间在ABS结露温度以下运行，催化剂有可能出现不可逆失活。
图10MOT与烟气NH3和SO3体积分数的关系
当烟气温度低于MOT较多（超过20℃）时，需通过现场设备改造提高SCR脱硝系统入口烟气温度。一般采用省煤器烟气调温旁路方案（图11），该方案投资较低，提温幅度大于30℃，但需注意旁路烟气与主路烟气的均匀混合，防止出现烟气混合后温度分层问题。某额定容量为393MW的亚临界机组，采用省煤器烟气旁路提升SCR脱硝系统入口烟温。改造后，在机组并网时，烟道截面平均烟温可由改造前的285℃提高至324℃，但烟气温度分布均匀性较差，截面最高烟温为392℃，最低为277℃，温度偏差在–47～68℃。
图11调温旁路开启后SCR脱硝系统入口烟温分布
2结论与建议
1）SCR脱硝装置布置于省煤器与空预器之间，其性能状况受来流烟气条件影响明显；超低排放背景下，因氨逃逸造成的ABS等次生问题愈加突出。
2）不同燃烧方式下，省煤器出口NOx质量浓度和氨逃逸量分布差异较大，导致空预器阻力情况不同，同时喷氨优化对氨逃逸改善效果也存在差异。
3）NOx平衡质量浓度应结合锅炉燃烧、风机电耗、氨耗等综合确定，以整体提高脱硝设备及锅炉运行水平。
4）建议将锅炉燃烧、脱硝设备、烟气流动与混合以及催化剂作为整体，对脱硝设备进行全过程优化管理，从根源上控制氨逃逸，缓解空预器ABS堵塞。
5）制定脱硝低负荷方案时，应首先确定MOT，根据烟温差值选择相应的运行或改造方案。
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