針對SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行存在的普遍問題，如脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度分布不均勻、催化劑磨損嚴(yán)重、供氨管道堵塞等，選取典型的實際案例，對脫硝系統(tǒng)進(jìn)行性能試驗，分析每個案例中問題產(chǎn)生的原因，同時提出相應(yīng)的解決措施。

經(jīng)過多年的運(yùn)行，選擇性催化還原法（以下簡稱SCR）脫硝系統(tǒng)一些較為普遍的問題逐步暴露出來，對機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生了重大影響。如：出口斷面NOx分布不均；煙氣流場不均；催化劑磨損、堵塞、中毒等；氨逃逸升高、脫硝效率降低；CEMS數(shù)據(jù)代表性差；還原劑耗量升高；空預(yù)器結(jié)垢堵塞等。本文把目前燃煤電廠脫硝裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的典型問題加以歸納總結(jié)，通過性能試驗深入分析原因，并提出改進(jìn)的措施和相關(guān)建議。

1.1 CEMS數(shù)據(jù)分析

江蘇省目前脫硝CEMS在線聯(lián)網(wǎng)大機(jī)組135臺， 2017年4月我們對所有聯(lián)網(wǎng)大機(jī)組脫硝出口和煙囪入口處CEMS顯示NOx小時平均濃度（6%氧量折算后）進(jìn)行了統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析的結(jié)果見下表：

表1 CEMS數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

從表1 可以看出，接近一半的燃煤機(jī)組脫硝出口和煙囪入口的NOx濃度差值的絕對值高于15 mg/m3，兩處的NOx濃度值不一致的情況很嚴(yán)重，且普遍存在煙囪入口NOx濃度高于脫硝出口NOx濃度的現(xiàn)象。一方面是由于CEMS單點(diǎn)取樣方式導(dǎo)致取樣數(shù)據(jù)有限，不具有代表性；另一方面是脫硝出口NOx濃度場分布不均非常普遍，CEMS很難采集到理想的數(shù)據(jù)。

1.2 典型案例分析

某典型的1000MW超超臨界機(jī)組加裝了煙氣脫硝系統(tǒng)，改造完后脫硝系統(tǒng)運(yùn)行正常，NOx排放濃度滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求，但機(jī)組脫硝出口處CEMS顯示的NOx濃度值一直低于煙囪入口處CEMS顯示的NOx濃度值，影響脫硝改造正常的驗收工作，電廠懷疑可能是脫硝出口NOx濃度分布不均造成的這一現(xiàn)象，于是委托我們對該機(jī)組脫硝系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的性能試驗。

機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在900MW及脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行的條件下，我們用網(wǎng)格法對脫硝系統(tǒng)A、B反應(yīng)器出口的NOx濃度進(jìn)行了試驗，橫向選取了7個測孔（偶數(shù)測孔），每個測孔縱向深度依次選取5個測點(diǎn)，測試儀器為紅外煙氣分析儀，采樣槍長5m，脫硝出口CEMS采樣槍長1.5m，具體試驗結(jié)果如下圖。

圖1 A反應(yīng)器出口NOx濃度分布/ mg/m3

圖2 B反應(yīng)器出口NOx濃度分布/ mg/m3

從圖1、圖2可以看出，脫硝系統(tǒng)A、B反應(yīng)器出口均存在NOx濃度分布不均勻現(xiàn)象，煙道橫截面由北向南NOx濃度逐漸降低，南側(cè)（靠近省煤器側(cè)）NOx濃度遠(yuǎn)低于北側(cè)（遠(yuǎn)離省煤器側(cè)）。CEMS測點(diǎn)正好位于南側(cè)，從而導(dǎo)致CEMS顯示值低于脫硝出口實際NOx排放濃度，即煙囪入口處的CEMS顯示值（煙囪入口CEMS測點(diǎn)處NOx濃度場分布較為均勻）。

表2 脫硝出口、煙囪入口CEMS監(jiān)測數(shù)據(jù)（測試時間段數(shù)據(jù)平均值）

反應(yīng)器A側(cè)出口NOx實測平均濃度為48.4 mg/m3，反應(yīng)器B側(cè)出口NOx實測平均濃度為53.3 mg/m3，從表2可以看出，CEMS監(jiān)測的數(shù)據(jù)分別為14.4 mg/m3和20.2 mg/m3，遠(yuǎn)低于煙囪入口NOx濃度42.6 mg/m3。

1.3 原因分析及建議

反應(yīng)器入口煙氣流速分布不均勻，煙氣速度高的區(qū)域單位時間通過的煙氣量過大，影響催化還原反應(yīng)，脫硝效率降低，導(dǎo)致NOx的排放濃度升高，反之，煙氣流速低的區(qū)域NOx排放濃度較低。

該脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器入口設(shè)置有導(dǎo)流葉片、整流格柵，以保證煙氣在進(jìn)入第一層催化劑時氣流分布均勻，但是由于在安裝的過程中可能存在尺寸和位置的偏差，容易造成反應(yīng)器遠(yuǎn)離省煤器端煙氣流速較高，靠近省煤器端煙氣流速較低，從測試的數(shù)據(jù)也可以看出，遠(yuǎn)離省煤器端NOx濃度遠(yuǎn)高于靠近省煤器端NOx濃度，由北向南NOx濃度逐漸降低，所以我們判斷是反應(yīng)器入口的煙氣流速不均勻而造成的脫硝出口NOx濃度分布不均。

建議對機(jī)組脫硝系統(tǒng)重新進(jìn)行流場模擬計算，在機(jī)組停修時，對脫硝系統(tǒng)入口煙氣導(dǎo)流擋板進(jìn)行調(diào)整和修正，從而保證煙氣在進(jìn)入第一層催化劑時氣流分布均勻；每間隔一段時間對脫硝系統(tǒng)進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗，使脫硝系統(tǒng)出口斷面NOx排放濃度分布均勻，減少因局部噴氨量過高造成氨逃逸量高的現(xiàn)象；在脫硝系統(tǒng)出口煙道適當(dāng)增加CEMS監(jiān)測點(diǎn)位，使得CEMS監(jiān)測的數(shù)據(jù)更具有代表性，為電廠運(yùn)行人員提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

2. 催化劑磨損

2.1典型案例

某330MW燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐為亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐，單爐膛P型露天布置，脫硝系統(tǒng)采取SCR工藝，設(shè)置兩臺SCR反應(yīng)器，采用高灰型工藝布置（即反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空預(yù)器之間），采用獨(dú)立支撐結(jié)構(gòu)。催化劑裝填采用2+1形式，先裝2層，預(yù)留1層，在鍋爐燃料用設(shè)計燃料煤種100%負(fù)荷時脫硝裝置的效率80%（入口NOx?濃度≤400 mg/Nm3）。脫硝裝置不設(shè)煙氣旁路，設(shè)有聲波吹灰裝置。

機(jī)組停機(jī)檢修時，發(fā)現(xiàn)局部催化劑嚴(yán)重磨損、磨穿，部分催化劑堵塞嚴(yán)重，脫硝入口積灰嚴(yán)重，煙氣導(dǎo)流擋板脫落等情況。

2.2 原因分析及建議

1. 催化劑制造、運(yùn)輸及安裝過程受損。一方面脫硝催化劑機(jī)械強(qiáng)度等質(zhì)量指標(biāo)受工藝、生產(chǎn)線及整體技術(shù)水平影響很大，如果催化劑廠家生產(chǎn)出的催化劑機(jī)械強(qiáng)度等指標(biāo)不滿足設(shè)計要求，或質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，就會造成催化劑安裝運(yùn)行后出現(xiàn)磨損、穿透的現(xiàn)象；另一方面催化劑本身的機(jī)械強(qiáng)度不高，在運(yùn)輸、吊裝、轉(zhuǎn)運(yùn)、安裝等過程中易受到擠壓、撞擊，從而造成催化劑機(jī)械強(qiáng)度的受損，也會導(dǎo)致上述現(xiàn)象的發(fā)生。

2. 反應(yīng)器煙氣流場分布不均。由于脫硝入口煙氣導(dǎo)流擋板脫落，引起脫硝第一層催化劑處煙氣流場分布不均，導(dǎo)致局部煙氣流速過高或過低，煙氣流速對催化劑磨、堵塞損影響較大，流速高的地方催化劑磨損嚴(yán)重，甚至被磨穿透；煙氣流速低的地方，催化劑堵塞明顯，引起局部催化劑失效，并顯著提高未堵塞區(qū)域煙氣流速。

3. 煙塵含量影響。SCR脫硝系統(tǒng)布置于高塵區(qū)，煙塵含量、粒徑對催化劑的磨損均有較大影響，機(jī)組燃燒煤種灰分高于脫硝系統(tǒng)的設(shè)計值，或磨煤機(jī)運(yùn)行工況不佳，均會加速催化劑的磨損，減少催化劑的使用壽命。

4. 聲波吹灰器影響。聲波吹灰器通過振動讓附著在催化劑上的煙塵脫落，煙塵脫落后被煙氣帶走。聲波吹灰器的優(yōu)點(diǎn)主要是對催化劑損傷較小，缺點(diǎn)是吹灰效果相較于蒸汽吹灰器差。聲波吹灰器在機(jī)組初始投運(yùn)時，運(yùn)行效果較好，但運(yùn)行一段時間后，催化劑各部位積灰情況存在差異，聲波吹灰器吹灰效果的減弱，會加劇局部催化劑堵塞，導(dǎo)致催化劑未堵塞區(qū)域煙氣流速加快，使該區(qū)域催化劑沖刷、磨損嚴(yán)重。

通過以上分析，建議機(jī)組停修期間需要及時對脫硝入口煙氣導(dǎo)流擋板重新設(shè)計、安裝，避免入口無煙氣導(dǎo)流擋板造成局部煙氣流速過高或者過低，導(dǎo)致催化劑的磨損或堵塞，影響脫硝出口NOx排放濃度及氨逃逸量；脫硝催化劑運(yùn)行一段時間后，其催化活性和機(jī)械強(qiáng)度均存在一定程度的降低，需要定期對每層催化劑取樣進(jìn)行鑒定分析，判斷其機(jī)械強(qiáng)度是否滿足使用要求，如果催化劑機(jī)械強(qiáng)度較低，磨損嚴(yán)重，就需要及時更換新催化劑，以保證脫硝系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。

3. 噴氨量偏差大

3.1典型案例

某電廠600MW超超臨界2號燃煤發(fā)電機(jī)組，鍋爐型號為HG-1792/26.15-YM1，脫硝系統(tǒng)采用SCR工藝，催化劑裝填采用2+1形式，裝2層，預(yù)留1層。2號機(jī)組按照計劃進(jìn)行停修，停機(jī)之前，2號機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，脫硝系統(tǒng)A、B反應(yīng)器的脫硝效率和噴氨量均基本接近。

當(dāng)2號機(jī)組停機(jī)檢修結(jié)束重新啟動后，脫硝系統(tǒng)正常投運(yùn)，但脫硝系統(tǒng)B反應(yīng)器噴氨量與機(jī)組大修前相比，高出一倍以上，且居高不下，B反應(yīng)器供氨調(diào)閥開度已接近全開，B反應(yīng)器出口NOx濃度高于A反應(yīng)器，B反應(yīng)器脫硝效率遠(yuǎn)低于A反應(yīng)器。A反應(yīng)器脫硝效率和噴氨量在機(jī)組大修前、后接近，無明顯變化。

3.2原因分析

3.2.1催化劑差壓分析

根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)和查看機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，得知脫硝系統(tǒng)A、B反應(yīng)器差壓都出現(xiàn)不同程度的下降，下降幅度約100～150Pa，因為檢修人員在機(jī)組檢修期間對堵塞的催化劑進(jìn)行了清灰，造成大修后脫硝系統(tǒng)差壓下降，并對A、B反應(yīng)器各層催化劑進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)明顯磨損、穿透現(xiàn)象，基本排除B反應(yīng)器催化劑大面積堵塞或穿透而引起B(yǎng)反應(yīng)器脫硝效率的降低。

3.2.2脫硝效率分析

為進(jìn)一步分析造成B反應(yīng)器噴氨量偏高的原因，對2號機(jī)組脫硝系統(tǒng)入口、第一層催化劑出口、脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度進(jìn)行現(xiàn)場測試。測試數(shù)據(jù)如下表：

表4 2號機(jī)組SCR反應(yīng)器NOX濃度測試數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)均為測量斷面平均值）

從現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)可以看出，A、B反應(yīng)器入口NOx濃度接近，相差約30 mg/Nm3，不足以導(dǎo)致B反應(yīng)器噴氨量高于A反應(yīng)器噴氨量2倍多，從而排除B反應(yīng)器入口NOx濃度遠(yuǎn)高于A反應(yīng)器而造成的噴氨量差異大；從B反應(yīng)器第一層催化劑出口NOx濃度、脫硝出口NOx濃度及脫硝效率可以看出，B反應(yīng)器催化劑未發(fā)生明顯的性能下降或失效，從而排除由于催化劑性能下降或失效而造成B反應(yīng)器噴氨量偏高的情況。

3.2.3氨氣流量裝置分析

在測試期間，對氨氣流量測量裝置進(jìn)行檢查分析。該測量裝置為孔板流量計，在脫硝投運(yùn)狀態(tài)，檢查氨氣差壓變送器，變送器顯示差壓值出現(xiàn)超量程情況，將變送器平衡閥打開后差壓值仍較高，從而判斷應(yīng)該是流量孔板發(fā)生堵塞，造成管道通流截面變小，導(dǎo)致孔板前后差壓測量值居高不下，也就造成噴氨流量值“虛高”的情況。流量孔板堵塞后，實際噴氨量減少，運(yùn)行人員為了保證脫硝效率及控制脫硝出口NOx濃度不超標(biāo)，噴氨調(diào)閥開度相應(yīng)增大，直到全開，就出現(xiàn)了B反應(yīng)器噴氨量高于大修前2倍多的現(xiàn)場。

依據(jù)分析結(jié)果，檢修人員對B反應(yīng)器噴氨管路的流量孔板進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)孔板處通流截面幾乎完全堵塞，供氨調(diào)閥位置也有堵塞現(xiàn)象，我們分析可能是供氨管道內(nèi)殘留的雜質(zhì)和液氨結(jié)晶物造成堵塞。檢修人員將供氨管道堵塞部位徹底清理后，重新投入B反應(yīng)器脫硝系統(tǒng)運(yùn)行，噴氨量大幅降低恢復(fù)到大修前水平，B側(cè)調(diào)節(jié)閥開度和A側(cè)也基本一致，B反應(yīng)器噴氨偏高問題得到解決。

4. 結(jié)論

（1）SCR脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度不均與現(xiàn)象普遍存在，造成該現(xiàn)象的原因很多，脫硝系統(tǒng)入口流場不均勻，噴氨量分配不均勻，催化劑局部堵塞或失活等均可導(dǎo)致該現(xiàn)象的發(fā)生，需要及時對脫硝入口流場進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)平，減少局部的氨逃逸量，消除機(jī)組潛在運(yùn)行風(fēng)險。

（2）脫硝系統(tǒng)供氨管道及閥門堵塞現(xiàn)象時常發(fā)生，一方面需要加強(qiáng)對供氨管道的日常吹掃和人工清堵，保證供氨管道的清潔通暢；另一方面，對入廠液氨的品質(zhì)要嚴(yán)格控制，純度要達(dá)到99.8%以上，品質(zhì)差的液氨含雜質(zhì)較多，易引起供氨管道的堵塞；最后，運(yùn)行人員對供氨管道特別是焊接處要仔細(xì)檢查，查看是否存在破損或孔洞，如果供氨管道存在破損或孔洞的地方，液氨被空氣污染后形成氨基甲酸銨，對碳鋼產(chǎn)生劇烈的腐蝕，腐蝕產(chǎn)生的氧化鐵也容易堵塞管道。