動態(tài)噴氨格柵在SCR脫硝工藝中的應(yīng)用研究

郭浩，陳國偉，李發(fā)軍，馬倩雪

(1.京科高新(北京)環(huán)境科學(xué)研究所，北京 101111;2.北京中電聯(lián)環(huán)保工程有限公司，北京 100070)

動態(tài)噴氨格柵在SCR脫硝工藝中的應(yīng)用研究

郭浩1，陳國偉1，李發(fā)軍2，馬倩雪2

(1.京科高新(北京)環(huán)境科學(xué)研究所，北京 101111;2.北京中電聯(lián)環(huán)保工程有限公司，北京 100070)

SCR工藝脫硝效率與NH3/NOx摩爾比，催化劑床層上方氣流分布，NH3與煙氣混合程度密切相關(guān)。借助物理模型模擬某電廠300MW中型機組尾部SCR煙氣脫硝反應(yīng)器，對動態(tài)噴氨格柵對催化劑床層上下方測試斷面Ⅰ、Ⅱ的煙氣流速偏差和NH3(CO2)的濃度偏差進行測試。結(jié)果表明:Ⅰ斷面最大和最小煙氣流速分別為4.47m/s和3.75m/s，最大偏差16.11%;Ⅱ斷面最大和最小煙氣流速分別為4.21m/s和3.42m/s，最大偏差18.76%。I斷面最大和最小CO2濃度分別為4.1%和3.4%，最大偏差為17.07%;Ⅱ斷面最大和最小CO2濃度分別為4.0%和3.2%，最大偏差20.0%，因此采用動態(tài)噴氨格柵對SCR反應(yīng)器的高效運行具有積極作用。

動態(tài)噴氨格柵;SCR;煙氣流速;濃度;偏差

0 引言

SCR工藝與其他脫硝工藝相比具有較高的脫硝效率，目前已成為燃煤電廠尾部煙氣治理的主流技術(shù)［1］。SCR脫硝效率與NH3/NOx摩爾比，催化劑床層上方氣流分布，NH3與煙氣混合程度密切相關(guān)［2－4］。其中，NH3/NOx摩爾比可以通過SCR反應(yīng)器進口和出口處的NOx在線監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)反饋至可編程邏輯控制器，結(jié)合鍋爐運行工況經(jīng)計算后進行實時調(diào)整，催化劑床層上方氣流分布可通過設(shè)置在反應(yīng)器入口處的導(dǎo)流板和整流器來改善氣流分布狀況，但對于提升NH3與煙氣的混合程度一直沒有較好的解決方案［5－6］。NH3與煙氣的混合程度不僅影響脫硝效率，還會影響反應(yīng)器出口 NH3逃逸量［7－8］。在NH3與煙氣混合程度不均勻的情況下，出口NOx在反應(yīng)器截面上存在較大的濃度偏差，致使計算得到NH3/NOx摩爾比不準(zhǔn)確，最終會導(dǎo)致SCR反應(yīng)器的低效運行［9－12］。本研究利用物理模型模擬SCR工藝脫硝過程，測試動態(tài)噴氨格柵對NH3與煙氣混合效果，為實際工程中SCR反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)依據(jù)。

1 模型設(shè)計與材料

本試驗采用的物理模型模擬某電廠300MW機組尾部SCR煙氣脫硝反應(yīng)器，該模型材質(zhì)為有機玻璃，模型尺寸與SCR反應(yīng)器實體尺寸比例為1∶10，反應(yīng)器物理模型如圖1所示，由水平煙道、豎直煙道、動態(tài)噴氨格柵、催化劑床層等部分組成。由于試驗只討論動態(tài)噴氨對NH3與煙氣的混合效果影響，因此煙氣和NH3分別采用舞臺煙霧發(fā)生器和CO2標(biāo)準(zhǔn)氣體代替。試驗設(shè)置兩處測試斷面Ⅰ和Ⅱ，分別位于催化劑床層上方和下方，測試內(nèi)容為混合煙氣速度分布以及CO2濃度分布?；旌蠠煔馑俣炔捎肨ESTO 425熱敏風(fēng)速儀測試，CO2濃度采用TESTO 535 CO2測定儀測試。

圖1 反應(yīng)器物理模型

動態(tài)噴氨格柵由若干個噴氨單元組成，每個噴氨單元包含多個氨氣噴嘴，噴嘴的正下方同軸連接有葉片單元體，葉片單元體由4個大小相同的薄板構(gòu)成。葉片單元體在煙氣壓力、流速不穩(wěn)定等因素及振動波推力的影響下，產(chǎn)生廣延恒溫的漩渦，多個葉片單元體的不定向晃動還會形成強烈的紊流效應(yīng)，通過漩渦的強力旋轉(zhuǎn)和卷吸可以在干流方向上有效地混合不同密度、溫度、濃度的介質(zhì)，并能夠在最短的煙道中確保氨氣與煙氣的均勻混合。

2 試驗設(shè)計及測點布置

在測試斷面建立坐標(biāo)體系，將橫縱兩個方向定為x軸和y軸，10等分兩軸，由于煙氣在流動方向上具有對稱性，因此取斷面中心線兩側(cè)1/4截面作為研究對象即可，將該1/4截面等分成若干部分，以網(wǎng)格中心點作為測量點，分別記作X0Y0、X1Y1點以此類推，如圖2所示，通過熱敏風(fēng)速儀和CO2測定儀分別在中心黑點位置測量每個網(wǎng)格的數(shù)據(jù)，同時記錄試驗數(shù)據(jù)。根據(jù)本試驗測試目的，主要考察混合煙氣速度和CO2濃度延測試斷面中軸線、斷面邊線和對角線的分布特點。因此，將中軸線定為x方向，邊線定為y方向，對角線定為z方向，以便從圖表上反應(yīng)混合煙氣速度和CO2濃度在測試斷面不同位置的變化特點。

圖2 測試斷面速度與濃度測點布置

3 結(jié)果與討論

測試斷面煙氣流速分布見圖3，CO2濃度分布見圖4。

圖3 測試斷面煙氣流速分布

從圖3可以看出，x方向上煙氣流速中心處較大，邊緣處較小;y方向上煙氣流速邊緣處較大，中心處較小;z方向上煙氣流速中心和邊緣處較大。從測試數(shù)據(jù)可以看出，I斷面最大和最小煙氣流速分別為4.47、3.75m/s，最大偏差16.11%，Ⅱ斷面最大和最小煙氣流速分別為4.21、3.42m/s，最大偏差18.76%。因此，采用動態(tài)噴氨格柵可將SCR反應(yīng)器催化劑床層上下方煙氣流速偏差控制在20%以內(nèi)。

由于物理模型上部水平通道模擬煙氣剛度較大，同時水平煙道右側(cè)上部導(dǎo)流板內(nèi)側(cè)起到了增壓管作用，造成此位置導(dǎo)流板出口壓力過大，而模擬煙氣不能從此處進入，集中到通道右側(cè)上部外側(cè)流動，導(dǎo)致通道右側(cè)上部外側(cè)轉(zhuǎn)彎處模擬煙氣流速增大。同時由于模擬煙氣進入整流器前外側(cè)流速遠(yuǎn)大于內(nèi)側(cè)流速，從而造成外側(cè)煙氣向內(nèi)側(cè)流動，形成了平行于整流器的煙氣流動狀態(tài)。從模型通道內(nèi)部流場分布來看，由于設(shè)置的動態(tài)噴氨格柵對煙氣的微整流作用并在一定程度上降低了煙氣回流效應(yīng)，因此有利于煙氣在催化劑床層上方的均勻分布。

圖4 測試斷面CO2濃度分布

從圖4可知，x方向上CO2濃度中心和邊緣處較大;y方向上CO2濃度同樣也是中心和邊緣處較大;z方向上CO2濃度邊緣處較大。從測試數(shù)據(jù)可以看出，I斷面最大和最小CO2濃度分別為4.1%和3.4%，最大偏差17.07%，Ⅱ斷面最大和最小CO2濃度分別為4.0%和3.2%，最大偏差20.0%。因此，采用動態(tài)噴氨格柵可將SCR反應(yīng)器催化劑床層上下方CO2濃度偏差控制在20%以內(nèi)。

4 結(jié)語

借助物理模型模擬某電廠300MW中型機組尾部SCR煙氣脫硝反應(yīng)器，對動態(tài)噴氨格柵對催化劑床層上下方測試斷面Ⅰ、Ⅱ的煙氣流速偏差和NH3(CO2)的濃度偏差進行測試。結(jié)果表明:Ⅰ斷面最大和最小煙氣流速分別為4.47m/s和3.75m/s，最大偏差16.11%，Ⅱ斷面最大和最小煙氣流速分別為4.21m/s和3.42m/s，最大偏差18.76%。I斷面最大和最小CO2濃度分別為4.1%和3.4%，最大偏差為17.07%，Ⅱ斷面最大和最小CO2濃度分別為4.0%和3.2%，最大偏差20.0%，因此采用動態(tài)噴氨格柵對SCR反應(yīng)器的高效運行具有積極作用。

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Research of dynamic ammonia injection grid on SCR denitrification process

The denitrification rate of SCR process relates to NH3/NOxmole ratio，smoke flow distribution on catalyst bed and m ixing degree of NH3＆smoke.It utilized physicalmodel simulated SCR denitrification reactor which is part of 300MW m idd le－sized generator.Then it installed dynam ic ammonia injection grid and measured the smoke flow distribution deviation and NH3(CO2)concentration deviation onⅠ，Ⅱsections which located at above and bottom of catalyst bed respectively.The result indicates that:the maximum and m inimum sm oke velocity ofⅠsection is 4.47m/s and 3.75m/s，the deviation is 16.11%.The maxim um and m inimum smoke velocity ofⅡsection is 4.21m/s and 3.42m/s，the deviation is 18.76%.The maximum and m inimum NH3(CO2)concentration ofⅠsection is 4.1%and 3.4%，the deviation is 17.07%.The maximum and m inimum NH3(CO2)concentration ofⅡsection is 4.0%and 3.2%，the deviation is 20.0%.Consequently，the dynam ic ammonia injection grid is beneficial to the efficiently running of SCR denitrification reactor.

dynam ic amm onia injection grid;SCR;smoke ve locity;concentration;deviation

X701.7

:B

:1674－8069(2016)01－010－03

2015-09-16;

:2015-11-26

郭浩(1984-)，男，天津市人，工程師，長期從事工業(yè)節(jié)能與環(huán)保方面設(shè)計及研究工作。E－mail:guohao8432@126.com

北京市科技計劃項目“SNCR與SCR組合式脫硝技術(shù)裝備開發(fā)與示范”(Z141100001014005)