“矩阵式测量法”在脱硝系统的应用

张玉龙，王 海，聂名清

（酒钢集团宏晟电热公司，甘肃嘉峪关，735100）

前言

某电厂350 MW 发电机组，其锅炉为东锅DG-1208/25.4-II4 型超临界直流锅炉，配置2 台型号为LAP11284/2400 三分仓回转式空气预热器，脱硝系统采取SCR 脱硝方式。自2014年投产以来，脱硝系统调试投运采取理想烟气流场调整方式，假想烟气在烟道内的浓度分布为中间高两侧低的“屋脊式”分布，脱硝系统喷氨通过U型管差压流量计测试、调整，同样采取“屋脊式”喷氨的粗略控制方式，如图1，沿烟道宽度方向中间喷氨量多，两侧喷氨量少。

图1 “屋脊式”喷氨控制示意图

1 脱硝系统传统控制方式存在的弊端

2017 年机组超低排放改造后，粗略的控制方式造成锅炉脱硝系统氨逃逸大幅度增加，逃逸的氨与烟气中SO2反应生成硫酸氢氨堵塞空气预热器、布袋除尘器，同等工况增加风机运行出力，影响机组安全经济运行。

以该厂#2 机组为例，2020 年1 月机组检修对两台空气预热器蓄热元件全部进行更换，机组启动后A、B 两侧空气预热器烟气阻力分别为1.52 kPa、1.48 kPa，脱硝系统依旧采取理想烟气流场“屋脊式”喷氨的调整控制方式，由于脱硝系统喷氨与烟气流场不匹配，氨逃逸最大达5.5×10-6，如图2。2020 年2 月中旬A 空气预热器烟气压差增长至2.15 kPa，如图3，限制了机组带负荷能力。

图2 超低排放改造后锅炉脱硝系统氨逃逸趋势图

图3 超低排放改造后脱硝系统氨逃逸造成空气预热器烟气阻力上涨趋势图

2 脱硝系统控制调整方式的优化

2020 年一季度，针对该厂#2 机组脱硝氨逃逸大，空气预热器烟气压差快速上涨问题，从脱硝反应原理上研究锅炉脱硝系统喷氨均匀性与烟气流场匹配性的控制，结合检修在脱硝系统出口烟道等距离开10个烟气测量孔，在“屋脊式”喷氨控制基础上，采取矩阵式多点测量方式进行烟气NOx 分布情况测试。“矩阵式”多点测量，即利用烟气分析仪沿烟道深度方向每1 m 设置一个测量点，每个测孔共计2 个点进行测量取数，见图4，根据测量数据大小及分布位置统计分析，反向指导9 组喷氨手动调阀开度调整、修正，直至全负荷工况脱硝系统出口烟气NOx 与各氨气喷嘴喷氨量相匹配，提高脱硝系统反应效率。

图4 “矩阵式”多点测量调整原理示意图

优化调整前①～⑨手动调阀开度依次为35%、45%、55%、65%、70%、65%、55%、45%、35%，机组满负荷运行，脱硝系统入口烟气NOx 含量350 mg/m3，小时耗氨量0.124 t，脱硝效率为86.3%。根据矩阵式多点测量数据分布情况，调整、修正9组喷氨手动调阀开度，优化调整后①～⑨手动调整阀开度依次为47%、52%、59%、61%、66%、68%、55%、53%、39%。机组满负荷运行，脱硝系统入口烟气NOx 含量350 mg/m3，小时耗氨量降至0.107 t，脱硝效率提高至89.6%。

3 脱硝系统优化控制调整的效果

优化控制前，测量脱硝系统出口烟道20个测量点烟气NOx分布情况，最高点为62 mg/m3，最低点为33 mg/m3，偏差29 mg/m3，偏差率接近100%。

优化控制后，测量脱硝系统出口烟道20个测量点烟气NOx分布情况，最高点为42 mg/m3，最低点为37 mg/m3，偏差5 mg/m3，偏差率13.5%，如图5。

图5 优化控制前后脱硝系统出口NOx测量值统计柱状图

#2 机组不同负荷工况锅炉脱硝系统出口20 个取样点烟气NOx偏差均在5 mg/m3以内，氨逃逸小于1.5×10-6，如图6。随机组运行时间的增长，锅炉烟道流场发生一定变化，因此制定每季度对脱硝系统喷氨均匀性与烟气的匹配性进行复测、调整。#2 机组运行8个月，机组95%负荷率，A、B 两侧空气预热器烟气压差分别为1.47 kPa、1.43 kPa，保持稳定，见图7。

图6 优化控制后锅炉脱硝系统氨逃逸趋势图

图7 优化控制后空气预热器烟气阻力变化趋势图

4 结语

“矩阵式测量法”在脱硝系统的应用，细化完善了传统脱硝系统测试调整方法，脱硝系统喷氨均匀性与烟气流场匹配性更强，更加适应火力发电厂超低排放NOx控制需求。脱硝系统氨气与烟气中NOx的对应关系增强，反应效率增加，氨逃逸显著降低，节省液氨单耗，有效抑制空气预热器等后续系统亚硫酸氢氨沉积堵塞，保证机组运行安全。