350MW超临界机组SCR性能分析及运行优化

350MW超临界机组SCR性能分析及运行优化摘要：华能荆门热电有限责任公司1、2号机组SCR脱硝装置采用成都东方凯特瑞环保催化剂有限责任公司生产的蜂窝式催化剂，于2014年11月投入运行。2015年2月对1号机组SCR脱硝装置进行了性能考核试验，试验结果总结如下：1、机组高、中、低负荷下，SCR脱硝装置均满足“脱硝效率不低于82%且氨逃逸浓度不大于3µL/L”的性能保证值。2、脱硝装置设计入口NOx浓度为350mg/m3，性能试验期间约为356~580mg/m3，在SCR脱硝效率大于84.0%时，出口NOx排放浓度≤95mg/m3，满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）规定的100mg/m3排放限值。3、机组在350MW负荷下，烟气经过SCR装置后的SO2/SO3转化率为0.54%，满足“SO2/SO3转化率≤1.0%”的性能保证值。4、机组在350MW负荷下，系统阻力损失为654Pa，满足“系统阻力≤780Pa”的性能保证值。关键词：SCR脱硝装置性能分析运行优化华能荆门热电有限责任公司1号机组容量为350MW，其SCR烟气脱硝装置由东方电气股份有限公司设计制造，选用成都东方凯特瑞环保催化剂有限责任公司生产的蜂窝式催化剂，脱硝装置于2014年11月随机组同步投运。2015年2月5日~2月8日对1号机组SCR脱硝装置进行了性能考核试验。一、锅炉概况1号锅炉为东方锅炉厂设计制造的DG-1131/25.4-II2型超临界变压运行、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型布置直流炉。制粉系统采用冷一次风机正压中速磨直吹系统，每台炉配五台HP863/DYN型中速磨煤机，每台制粉系统连接布置于前墙或后墙同一层的旋流燃烧器，BMCR工况下四台运行，一台备用。锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，20只HT-NR3型燃烧器分前三层、后两层布置在炉膛前后墙上，在低NOx燃烧器中，燃烧的空气被分为三股，它们是：直流一次风、直流内二次风、旋流外二次风。在煤粉燃烧器的上方前、后墙各布置2层燃尽风，每层有4只风口，每层燃尽风左右两侧各布置有1只侧燃尽风，燃尽风风口包含两股独立的气流：中央部位为非旋转的气流，它直接穿透进入炉膛中心；外圈气流是旋转气流，用于和靠近炉膛水冷壁的上升烟气进行混合。锅炉前墙A层燃烧器中布置了等离子点火装置，其它各层燃烧器装有1支简单机械雾化点火油枪。本期工程锅炉燃煤采用陕西黄陵、彬长煤、甘肃华亭烟煤及郑州贫煤，设计煤种为70%华亭煤与30%郑州贫煤的混煤，校核煤种1为黄陵烟煤，校核煤种2为33%彬长煤与67%郑州贫煤的混煤。表1-1锅炉主要技术参数名称单位B-MCRBRL过热蒸汽流量t/h11311076.9过热器出口蒸汽压力MPa(g)25.425.4过热器出口蒸汽温度℃571571再热蒸汽流量t/h937.81890.64再热器进口蒸汽压力MPa(g)4.684.44再热器出口蒸汽压力MPa(g)4.494.25再热器进口蒸汽温度℃327322再热器出口蒸汽温度℃569569省煤器进口给水温度℃282.4281总风量t/h炉膛出口烟温℃10151000排烟温度（已修正）℃119118预计锅炉效率%93.8093.80锅炉燃煤量t/h150.3144.2锅炉不投油最低稳定负荷BMCR%3030空气预热器漏风率%≤6≤6NOx（折算到6%含氧量）mg/Nm3≤260≤260表1-2煤质及灰分分析序号名称符号单位数值设计煤种校核煤种1校核煤种21元素分析收到基含碳量Car%57.0057.0445.00收到基含氢量Har%3.073.212.22收到基含氧量Oar%7.936.334.06收到基含氮量Nar%0.680.820.79收到基含硫量Sar%0.930.982.00收到基含氟量Farμg/g129219139收到基含氯量Clar%0.0070.0730.0162工业分析收到基全水分Mt，ar%12.727.527.65收到基含灰分Aar%17.6724.1038.28空干基水分Mad%7.602.362.38序号名称符号单位数值设计煤种校核煤种1校核煤种2干燥无灰基挥发分Vdaf%33.0232.5022.42收到基低位发热量Qnet.arkJ/kg2119021680167403可磨性系数HGI/7063904磨损指数Ke/1.743.501.925煤种游离二氧化硅（空气干燥基）SiO2(F)n%4.564.516.236灰熔点变形温度DT℃131012601300软化温度ST℃135012901360半球温度HT℃137013201380熔化温度FT℃1420136014207灰成分特性二氧化硅SiO2%54.0851.4651.17三氧化二铝Al2O3%26.8723.0125.76三氧化二铁Fe2O3%7.186.306.68氧化钙CaO%4.789.845.09氧化镁MgO%2.063.182.22氧化钠Na2O%1.220.440.38氧化钾K2O%1.530.641.52二氧化钛TiO2%1.230.911.22三氧化硫SO3%1.852.901.358飞灰比电阻比电阻（常温）ρΩ·cm1.01×1094.49×1083.07×109比电阻（80℃）ρΩ·cm1.88×10102.08×10103.47×1011比电阻（100℃）ρΩ·cm9.75×10106.50×10107.43×1011比电阻（120℃）ρΩ·cm2.34×10115.32×10112.08×1012比电阻（150℃）ρΩ·cm4.68×10111.95×10121.60×1012比电阻（180℃）ρΩ·cm8.36×10111.80×10112.08×1012二、SCR脱硝装置介绍1、SCR脱硝装置工艺介绍脱硝装置采用选择性催化还原法（SelectiveCatalyticReduction，简称：SCR）全烟气脱硝，脱硝装置采用液氨作为还原剂。每台锅炉设置2台SCR反应器，布置于锅炉省煤器出口与空预器之间的高含尘区域，即高温高尘布置。在每台反应器入口垂直烟道下方设灰斗，在SCR烟道的不同位置设导流板、静态混合器和整流器等装置，具体布置见图2-1。SCR反应器采用蒸汽吹灰和声波吹灰相结合的吹灰方式，每台SCR反应器进出口烟道设灰斗。图2-1SCR脱硝装置布置图SCR反应器内催化剂按“2＋1”模式布置，每层布置45个模块（5×9），均选用成都东方凯特瑞环保催化剂有限责任公司生产的蜂窝式催化剂。催化剂节距为9.2mm，壁厚0.89mm，单台炉初装两层催化剂体积为288.68m3，催化剂的具体参数见表2-1。表2-1初装两层催化剂技术参数序号技术参数单位催化剂（蜂窝式）备注1制造商DKC2型式蜂窝式3型号4基材陶瓷+TiO25活性化学成份TiO2+V2O56反应器内催化剂层数（初始/将来）2/37每层催化剂模块数量458模块类型9每个模块的尺寸（长×宽×高）m×m×m1930×97010每个模块的重量kg125011每个模块的表面积m260612节距mm×mm9.213壁厚mm0.8914催化剂比表面积m2/m337815催化剂体积密度g/cm316催化剂空隙率%78.62117模块外壳材料碳钢18每个模块包含小块数量7219每一小块尺寸mm×mm×mm150×15020设计使用温度℃37221允许使用温度范围（min/max）℃/℃295/43022运行温度变化速率℃/min1023在允许最低、最高使用温度范围内时，催化剂化学使用寿命小时2400024催化剂机械寿命小时10000025初始催化剂体积（单个反应器/单机组）m3/m3144.34/288.6826备用层催化剂体积（单个反应器/单机组）m3/m372.17/144.34271、2号锅炉催化剂体积总用量m3577.3628烟气空间速度1/h382829面积速度m/h10.1330烟气线速度反应器内m/s4.29催化剂内m/s6.3131测试块类型蜂窝式数量（每层/单反应器/机组）8/16/3232初始脱硝效率%82考核期2、SCR脱硝装置设计参数烟气脱硝系统入口烟气参数见表2-2和2-3，在设计煤种及校核煤种、最大连续出力工况、初装两层催化剂条件下，保证氨逃逸浓度不大于3.0µL/L的前提下，要求初期脱硝效率不低于82%。表2-2脱硝装置入口烟气参数序号项目符号单位数据设计煤种校核煤种1校核煤种21省煤器出口烟气温度tsmc℃3722省煤器出口湿烟气量VyNm³/h10806363省煤器出口烟气成分CO2VCO2％14.73O2VO2％3.12N2VN2％73.64SO2VSO2％0.08H2OVH2O％8.41表2-3脱硝装置性能数据项目特点2×350MW超临界机组烟气量Nm3/h1044178烟气成份（设计煤种，BMCR工况）CO2Vol%14.75O2Vol%3.14N2Vol%74.22H2OVol%7.71烟气含尘量g/Nm335.1脱硝入口NOx量g/Nm3600脱硝效率%80脱硝出口NOx量mg/Nm370氨逃逸率ppm3SO2/SO3转化率%1脱硝系统压降Pa800（无附加层）脱硝装置可用率％98％氨消耗量kg/h245.4表2-4系统性能参数表序号项目内容单位数值1湿烟气参数机组负荷MW350湿烟气量（校核煤2对应烟气量）Nm3/h1080636湿度%8.41O2%3.12N2%73.64CO2%14.73SO2@6%O2μL/L730.8飞灰含量@6%O2g/Nm338烟气温度℃3722性能指标基准NOx@6%O2mg/Nm3350出口NOx@6%O2mg/Nm370NH3逃逸浓度μL/L3脱硝效率（化学寿命期间）%80SO2/SO3转化率%1整体系统阻力Pa780扣除催化剂后的系统阻力Pa4603物料衡算（单台炉）SCR化学当量比-1SCR减排NOxkg/h258.5液氨耗量kg/h126吹灰蒸汽耗量(每天吹3次，按24小时平均计)t/h0.8稀释风量Nm3/h1340仪用压缩空气量（最大值）Nm3/h40杂用压缩空气（声波吹灰器吹扫）Nm3/h28.2生活水（0.2~0.3MPa）t/h1消防水（1.0MPa）t/h30电耗kW50表2-5脱硝设备规范SCR反应器SCR反应器数量2台SCR反应器尺寸mm9640×8010×10000反应器材质Q235-A运行温度℃300～450催化剂蜂窝式催化剂布置方式2＋1催化剂模块mm1910×970×1250催化剂模块数量160催化剂活性温度℃280～420催化剂基材TiO2催化剂活性物质V205催化剂体积m3281.2喷氨栅格2组喷嘴数640喷管管道材质20G/TP304喷嘴Φ38×5吹灰器型式耙式、声波式声波吹灰器数量12耙式吹灰器数量12生产厂家湖北华信锅炉辅机成套有限公司耙式吹灰器吹灰器型号HXP-5每吹灰器耙管数（中/侧）3/3每耙管喷嘴数（中/侧）15/29每吹灰器喷嘴数（中/侧）45/87喷嘴口径mm5总行程mm3020吹灰行程mm2900行进速度m/min0.9单台吹灰时间min6.44蒸汽消耗（中/侧）kg/min42/78.9稀释风机型号数量2台（一运一备）流量Nm3/h6143压头Pa4000功率KW15生产厂家氨/空气混合器型号ф400，L~1500材料碳钢数量2运行压力MPa0.25设计容积m30.2生产厂家表2-6机组THA工况脱硝系统入口烟气中污染物成分序号项目单位数据设计煤种校核煤种1校核煤种21省煤器出口烟气含尘量g/Nm3382省煤器出口NOx排放浓度（干态，O2=6%）mg/Nm33503503503SO2ppm730.84SO3ppm4.2三、试验过程及结果分析1、试验目的通过性能考核试验检验SCR脱硝装置能否达到预期的性能保证指标，为机组达标验收及电厂运行提供技术依据和必要的数据。表3-1SCR装置性能保证值序号项目单位性能保证值备注1脱硝效率%≥82锅炉140MW~350MW负荷设计煤种，两层催化剂2氨逃逸率