便携式喷氨优化调整方法及其应用

便携式喷氨优化调整方法及其应用

苏超 张丰海

（ 华电国际电力股份有限公司莱城发电厂，山东济南 271100）

摘要：基于现有人工喷氨优化调整方法效率低、安全风险高、调整不及时的特点，研发便捷式喷氨优化调整装置和方法，应用到某300MW机组后发现，脱硝反应器出口NOx浓度分布相对标准偏差（Cv值）A侧由142%改进为14%，B侧由114%改进为14%。氨耗量降低约19kg/h。空预器烟气侧压差降低1700Pa。机组运行经济性和安全性大幅改善。

关键词：便携式，喷氨优化，氮氧化物，压差

1 背景

2016年，国家将燃煤机组烟气氮氧化物（NOx）排放要求提高到50mg/m³，这对现有SCR脱硝装置提出了严峻考验，必须对氨气喷射量和均匀性进行严格控制。当喷氨不足，排放不达标，面临环保处罚；而喷氨过量会导致氨逃逸，造成空预器堵塞，风机电耗升高等问题，严重时造成机组限负荷运行甚至需停机检修，经济损失巨大。

喷氨优化调整是降低氨逃逸有效措施，通过改变喷氨量的大小及空间分配，实现氨气与NOx分布比例均匀。现场试验证明，在机组检修后、风烟系统改造流场发生变化、煤种发生变化时，均应尽快进行喷氨优化调整工作^[1]。在当前负荷、煤种等多变的运行形势下，喷氨优化调整需求越来越频繁，即将成为常态化和必要的锅炉检修工作。

国内电力工作者进行着喷氨优化的研发工作。方朝君^[2]等就某600MW机组进行出入口的NO和NH₃质量浓度分布测量，并进行喷氨优化调整，优化后出口NOx浓度Cv降至8%以内。由于煤质变化及负荷波动等因素，李剑宁^[3]等对某300MW机组进行喷氨优化调整试验，经过多次优化调整出口NOx降至10%。然而，综合对比各喷氨优化方法发现，现有喷氨优化普遍采用人工优化调整方法，高度依赖专业人员现场作业，存在着效率低、安全风险高、调整不及时等缺点，电厂无法自主开展，调整次数显著不足。为有效减缓SCR和空预器性能劣化趋势，亟待研发便携式的喷氨优化调整装置和方法。

2 运行现状

某电厂4号机组为300MW发电机组，锅炉为亚临界中间一次再热控制循环汽包炉，单炉膛、四角切圆燃烧方式。脱硝装置氨喷射采用格栅式AIG，每台反应器在SCR入口上升竖直烟道沿宽度方向布置7组14个喷氨管，每组分为2根支管以控制烟道内纵深方向喷氨量。每根喷氨支管上安装了一个手动调阀，通过调节调阀开度，实现沿反应器宽度和深度方向上喷氨量分区控制。

机组停机检修后启动发现，空预器压差出现快速升高趋势。8天内空预器烟气侧压差升高1700Pa。为了改善脱硝喷氨均匀性，减少喷氨不均造成的氨逃逸，采用研发的便携式喷氨优化调整装置和方法，立即进行了脱硝喷氨调平优化试验，以快速扭转空预器阻力上升的趋势。

3 方法及装置简介

运用物联网技术，采用网格法自动采集脱硝出口NOx浓度分布；云平台智能分析系统处理数据，输出喷氨格栅各阀门调整值，并基于机器学习技术，跟踪烟气流场变化，提高调整精度。

3. 1. 测量方法简介

在SCR出口，进行烟气NOx浓度网格法多点分布情况测量。单侧10个测孔，每个测点深浅两个位置，为烟道的1/4、3/4处，单侧共20个测点，实测反应器出口NOx浓度。

每侧脱硝反应器出口烟道截面布置20个取样点。自动测量分析系统具备多路巡测、单路测量、管路吹扫的功能。自主研发的NOx测表内嵌物联网模块，可远程进行控制测量；单台测表实现所有采样点读数，消除表计间测量误差；测量效率高，可以在20分钟内完成单侧烟道20个测点的测量。

图 1 便携式喷氨优化调整测量及调整系统原理图

3. 2. 调整方法简介

便携式喷氨调整是针对发电机组SCR反应器中氮氧化物在催化剂表面的不均匀性分布现状，利用物联网技术，对烟道截面NOx浓度数据进行采集，通过建立测量模型进行数据分析，给出科学合理的调整建议。得益于人工喷氨调平作业的大量数据积累，基于CFD建模与数值模拟算法的机器学习测控。深度机器学习AI控制策略创新实践，系统基于云端学习的控制算法，依据实时网格法检测NOx浓度场分布，输出喷氨格栅AIG开度控制策略，通过控制不同区域的喷氨量，调节至最优NH₃/NOx比例，唯一实现脱硝均匀性全自动测控的系统。电厂自主实施优化调整工作；适用工况多，常态波动负荷下也能完成检测；减少了操作人员，只需要1-2人就可以完成NOx测量和喷氨门调平工作。

3. 3. 装置说明

装置包括采样探头、前置过滤器、硅胶软管、在线式烟气切换箱、烟气预处理装置、式NOx在线分析仪智能网关和服务器。

1. 采样探头

采样探头按烟道深度的1/4和3/4，每个测孔布置两根不同长度的探头，对烟道内的气体进行网格法取样。与取样管路连接，用于从烟道中指定的位置取样气体，再通过管路进入前置过滤器。

2. 前置过滤器

采用高分子材料，连接通过管路连接取样探头和切换箱，过滤烟气中的粉尘，避免了取样烟气中的灰尘堵塞管路。

3. 多路气体切换箱

输入端通过管路连接前置过滤器，进而连接烟道内的取样探头，输出连接烟气预处理器。内置物联网通信模块，接收上位机指令可实现多路气体抽样自动巡测或指定通道检测，同时具有按照上位机的指令对取样管路进行吹扫的功能，减少管路中的堵灰。

4. 物联网网关

支持多种无线和有线通信接口协议，通过ZigBee网络连接测表、切换箱和预处理装置。使用以太网和4G网络连接服务器，接收服务器下发的数据并进行处理后，将指令发送给切换箱、测表和预处理装置，执行巡测操作。

5. 便携式NOx/O₂气体分析仪

具有测量、标定、抽气。过滤和调节抽气流量的功能。测量NOx和O₂浓度，并将数据上传至智能网关；定期通入标气进行标定，提高分析仪的准确度，减小误差。

（a）前置过滤器 （b）多路气体切换箱 （c）物联网网关 （d）便携式气体分析仪

图 2 系统装置

3. 应用效果与效益

测试SCR出口NOx浓度分布，调整喷氨格栅各手动分配门开度，A侧检测调整13次，B侧检测调整15次。

（1）脱硝均匀性

经优化调整，SCR出口NOx均匀性改善明显，消除了整体过量喷氨、局部喷氨过量、局部喷氨不足情况。SCR出口NOx浓度分布Cv值A侧由142%改进为14%，B侧由114%改进为14%。

图 3 优化前后两侧NOx浓度分布

（2）相对氨耗量

调整前，相对氨耗量为2.89左右，氨耗量为172kg/h左右。经优化调整，相对氨耗量由2.89降低为2.57左右、降幅为11%，折算氨耗量降低约19kg/h。

（3）空预器压差

调整后，空预器差压平稳，未见明显升高情况。如下图，850t/h总风量工况下，空预器烟气侧压差A、B侧分别降低了1600、1800Pa。两侧平均降低1700Pa。

图 4 空预器压差变化

3. 结论

所研发便携式喷氨优化调整方法和装置具有设备共享，支持电厂自主实施，具有工作效率高、安全风险低等优点。

经优化调整后，机组脱硝均匀性大幅改善CV值降至14%以下，喷氨量降低19kg/h，空预器压差降低1700Pa。机组运行经济性和安全性显著提高。

喷氨优化调整已成为基本和长期工作，本方法具有广阔的市场空间和推广价值。

参考文献：

[1]徐涛,张志中,魏宏鸽,裴煜坤,杨用龙,杜振.火电厂环保设施能耗分析及节能降耗技术探讨[J].能源工程,2021(03):57-62+77.

[2]方朝君,余美玲,郭常青.燃煤电站脱硝喷氨优化研究[J].工业安全与环保,2014,40(02):25-27.

[3]高鹏,孟强,王承亮,王玉敬,吕为智,李剑宁.300MW机组喷氨优化分析及评估[J].发电设备,2021,35(03):172-176.