燃煤電廠煙氣脫硝系統(tǒng)煙氣不均勻性研究

張文杰，周道斌，易玉萍，趙洋

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210023)

燃煤電廠煙氣脫硝系統(tǒng)煙氣不均勻性研究

張文杰，周道斌，易玉萍，趙洋

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210023)

針對(duì)燃煤電廠煙氣不均勻性問(wèn)題，對(duì)煙氣脫硝系統(tǒng)煙氣NOx濃度、氨逃逸濃度以及速度場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)其產(chǎn)生原因及改進(jìn)措施進(jìn)行了分析。通過(guò)NGA2000煙氣分析儀和S型皮托管測(cè)量煙氣NOx濃度場(chǎng)、速度場(chǎng)和氨逃逸濃度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。分析結(jié)果顯示SCR進(jìn)出口NOx濃度不均勻普遍存在，性能測(cè)試和驗(yàn)收必須采用網(wǎng)格法檢測(cè)NOx濃度;SCR速度場(chǎng)不均勻性影響SCR出口NOx均勻性;可根據(jù)SCR入口NOx濃度場(chǎng)以及速度場(chǎng)調(diào)整各氨槍噴氨量，以提高SCR反應(yīng)器脫硝效率并減少氨逃逸濃度。

脫硝;不均勻性;NOx濃度;氨逃逸;煙氣流速

0 引言

隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展，NOx的排放量與日俱增，NOx所產(chǎn)生的污染及其影響受到人們的日益關(guān)注。2013年全國(guó)廢氣中NOx排放量2227.4萬(wàn)t。其中，工業(yè)NOx排放量1545.6萬(wàn)t，城鎮(zhèn)生活NOx排放量40.7萬(wàn)t，機(jī)動(dòng)車(chē)NOx排放量640.6萬(wàn)t［1］。雖然近年來(lái)我國(guó)SO2和NOx的排放量均有所下降，但所面對(duì)的大氣環(huán)境污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻［2］。2013年，全國(guó)新增火電脫硝裝機(jī)容量是2011及2012年新增容量總和的1.3倍，國(guó)家對(duì)重點(diǎn)控制區(qū)的火電、鋼鐵等六大行業(yè)以及燃煤鍋爐項(xiàng)目執(zhí)行大氣污染物特別排放限值［3］。

在“十二五”期間，全國(guó)約有4億kW裝機(jī)容量需要安裝煙氣脫硝設(shè)施，我國(guó)目前煙氣脫硝工藝基本采用選擇性催化還原(SCR)方法，該方法作為環(huán)境保護(hù)部氮氧化物防治技術(shù)政策中的推薦工藝，其具有脫硝效率高、適用范圍廣、技術(shù)成熟可靠等優(yōu)點(diǎn)。但是目前國(guó)內(nèi)的SCR煙氣脫硝裝置普遍存在流場(chǎng)不均性的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在反應(yīng)器內(nèi)首層催化劑入口面煙氣流速不均勻性，氨濃度分布不均勻性，造成SCR系統(tǒng)脫硝率降低、反應(yīng)器出口氨逃逸量上升，并致使下游的空氣預(yù)熱器易出現(xiàn)硫酸銨鹽堵塞等現(xiàn)象。本文針對(duì)火電廠脫硝系統(tǒng)存在的煙氣不均勻性問(wèn)題開(kāi)展了試驗(yàn)研究，并對(duì)其進(jìn)行了分析。

1 檢測(cè)方法

1.1 NOx質(zhì)量濃度

目前火電廠NOx排放濃度受到大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 13223－2011)的嚴(yán)格限定要求，一般脫硝系統(tǒng)出口NOx濃度較低，因此需采用高精度儀器進(jìn)行檢測(cè)。本文選用羅斯蒙特NGA 2000煙氣分析儀進(jìn)行煙氣中NOx質(zhì)量濃度測(cè)定。取樣探頭加熱過(guò)濾煙塵后，煙氣經(jīng)由伴熱管線(xiàn)送至分析儀預(yù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)冷凝除濕、細(xì)過(guò)濾后送入分析儀檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。由于SCR反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)均勻程度直觀表現(xiàn)為反應(yīng)器入口及出口面的NOx濃度分布，本文采取網(wǎng)格法測(cè)點(diǎn)布置方式進(jìn)行煙氣采樣，以測(cè)定考察面不同位點(diǎn)處的NOx濃度。

1.2 氨逃逸濃度

煙氣中氨逃逸濃度測(cè)定采用《燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范》(DL/T 260－2012)中附錄B中規(guī)定的分析方法。煙氣采集管的前端安裝過(guò)濾器以過(guò)濾煙氣中的煙塵;采樣管全程伴熱至120℃以防止煙氣中水分凝結(jié)。為評(píng)價(jià)反應(yīng)器出口面氨濃度分布均勻情況，同樣采取網(wǎng)格法測(cè)點(diǎn)布置方式對(duì)煙氣進(jìn)行采樣。

1.3 煙氣流速

采用S型皮托管測(cè)定煙氣中的全壓和靜壓。測(cè)點(diǎn)處煙氣流速根據(jù)所得測(cè)點(diǎn)處的動(dòng)壓、靜壓以及煙氣溫度計(jì)算得到。為評(píng)價(jià)考察面不同位置的煙氣流速分布均勻程度，本文采取網(wǎng)格法測(cè)點(diǎn)布置方式。

2 檢測(cè)位置

A電廠SCR反應(yīng)器進(jìn)口煙氣參數(shù)檢測(cè)位置位于省煤器出口垂直煙道側(cè)面，氣流均布裝置之后，測(cè)點(diǎn)布置面距上游彎頭5.0m，距下游彎頭3.0m;出口煙氣參數(shù)檢測(cè)位置位于反應(yīng)器尾部喇叭口下游，測(cè)點(diǎn)布置面下游為直管段。B電廠SCR反應(yīng)器進(jìn)口檢測(cè)位置位于噴氨管上游的省煤器出口尾部水平煙道頂部，氣流均布裝置之前;出口煙道測(cè)點(diǎn)位于反應(yīng)器尾部喇叭口下游。

3 結(jié)果與分析

3.1 SCR反應(yīng)器入口NOx濃度不均勻性

在100%負(fù)荷工況下對(duì)B電廠670MW超臨界機(jī)組的SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器入口NOx濃度采用網(wǎng)格法進(jìn)行了檢測(cè)，得到反應(yīng)器整個(gè)入口截面的NOx濃度分布數(shù)據(jù)，結(jié)果如表1所示。

從表1數(shù)據(jù)可知，B電廠1號(hào)反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度平均值為315.2mg/m3(標(biāo)干態(tài)、6%O2，下同)，最大值為380.9mg/m3，最小值243.8mg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為11.8%;B電廠2號(hào)反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度平均值為308.2mg/m3，最大值為359.2mg/m3，最小值為239.7mg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為10.6%。

表1 B電廠SCR反應(yīng)器入口面NOx濃度分布檢測(cè)結(jié)果

從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，SCR反應(yīng)器入口面存在NOx濃度分布不均勻問(wèn)題，并且最大值和最小值相差較大。另外最外側(cè)或最內(nèi)側(cè)測(cè)孔的數(shù)據(jù)與平均值相差較大，相對(duì)而言中間測(cè)孔的數(shù)據(jù)與平均值較接近。因此為確保SCR反應(yīng)器入口NOx濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性，在目前CEMS監(jiān)測(cè)設(shè)備無(wú)法做到網(wǎng)格法采樣的客觀條件限制下，CEMS取樣探頭宜位于煙道橫向截面中間測(cè)孔，而不宜設(shè)置在煙道縱向截面(即最外側(cè)或最內(nèi)側(cè)測(cè)孔)。

3.2 SCR反應(yīng)器出口NOx濃度不均勻性

在100%負(fù)荷工況下對(duì)A電廠350MW超臨界機(jī)組和B電廠670MW超臨界機(jī)組的SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器出口NOx濃度采用網(wǎng)格法進(jìn)行了檢測(cè)，得到整個(gè)反應(yīng)器出口截面的NOx濃度分布數(shù)據(jù)結(jié)果分別如表2和表3所示。

從表2可知，A電廠1號(hào)反應(yīng)器出口NOx濃度平均值為40.8mg/m3，最大值為74.3mg/m3，最小值為11.5mg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為48.5%。A電廠2號(hào)反應(yīng)器出口NOx濃度平均值為54.9mg/m3，最大值為81.3mg/m3，最小值為15.5mg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為41.0%。

從表3可知，B電廠1號(hào)反應(yīng)器出口NOx濃度平均值50.8mg/m3，最大值144.7mg/m3，最小值18.0mg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏57.9%;2號(hào)反應(yīng)器出口NOx濃度平均值38.5mg/m3，最大值72.0mg/m3，最小值為17.0mg/m3，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為44.9%。

表2 A電廠SCR反應(yīng)器出口面NOx濃度分布檢測(cè)結(jié)果

表3 B電廠SCR反應(yīng)器出口面NOx濃度分布檢測(cè)結(jié)果

從檢測(cè)結(jié)果可以看出，SCR反應(yīng)器出口NOx濃度分布不均勻，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到40%以上。主要源于入口煙氣流場(chǎng)及NOx濃度分布分布不均勻，并且SCR反應(yīng)器入口處噴氨量分布未根據(jù)NOx濃度分布采用動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。為改善該狀況，需根據(jù)噴氨點(diǎn)上游NOx濃度分布情況調(diào)整入口噴氨支管閥門(mén)或者噴氨格柵支管閥門(mén)開(kāi)度，并從設(shè)計(jì)上優(yōu)化入口煙氣流場(chǎng)均勻性，通過(guò)調(diào)整燃燼風(fēng)風(fēng)門(mén)、二次風(fēng)風(fēng)門(mén)以及一次風(fēng)調(diào)平等手段使得入口NOx濃度分布更加均勻。同時(shí)也說(shuō)明開(kāi)展SCR系統(tǒng)的性能檢測(cè)或驗(yàn)收工作時(shí)，效率試驗(yàn)或反應(yīng)器出口NOx濃度試驗(yàn)必須采用網(wǎng)格法檢測(cè)才能得到科學(xué)全面的數(shù)據(jù)。

3.3 SCR反應(yīng)器出口氨逃逸濃度不均勻性

在100%負(fù)荷工況下對(duì)B電廠670MW超臨界機(jī)組的SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器出口氨逃逸濃度采用網(wǎng)格法進(jìn)行了檢測(cè)，得到反應(yīng)器整個(gè)出口截面的氨逃逸濃度分布數(shù)據(jù)，結(jié)果如表4所示。

從檢測(cè)結(jié)果可直觀看出SCR反應(yīng)器出口氨逃逸濃度較高，且分布的不均勻性，相較而言，2號(hào)反應(yīng)器出口氨逃逸濃度相差較大，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到60.2%。逃逸過(guò)量的氨易于與煙氣中的SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨。由于該物質(zhì)易導(dǎo)致下游空預(yù)器出現(xiàn)嚴(yán)重的堵塞問(wèn)題，危害機(jī)組的安全運(yùn)行。因此應(yīng)盡量根據(jù)噴氨點(diǎn)上游NOx濃度分布情況，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化以及噴氨支管閥門(mén)調(diào)整采取動(dòng)態(tài)響應(yīng)的噴氨模式，在提高SCR系統(tǒng)脫硝效率的同時(shí)，降低出口氨逃逸，從而減少硫酸氫銨的生成以及對(duì)空預(yù)器的影響。此外氨逃逸的檢測(cè)宜采用網(wǎng)格采樣或多點(diǎn)采樣，以提高數(shù)據(jù)的代表性。

3.4 SCR反應(yīng)器入口煙氣流速不均勻性

在100%負(fù)荷工況下對(duì)A電廠350MW超臨界機(jī)組的SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器入口煙氣流速采用網(wǎng)格法進(jìn)行了檢測(cè)，得到反應(yīng)器整個(gè)入口截面的煙氣流速分布數(shù)據(jù)，結(jié)果如表4所示。

表4 A電廠SCR反應(yīng)器入口面煙氣流速分布檢測(cè)結(jié)果

從表4數(shù)據(jù)可知，A電廠1號(hào)反應(yīng)器入口煙氣流速平均值為12.7m/s，最大值為19.2m/s，最小值為2.7m/s，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為45.7%。A電廠2號(hào)反應(yīng)器入口煙氣流速平均值為22.7m/s，最大值為31.2m/s，最小值6.9m/s，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差36.6%，均大于入口煙氣流速偏差不大于15%的要求。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明反應(yīng)器入口煙氣流速的分布不均勻性，主要表現(xiàn)為最外側(cè)測(cè)孔煙氣流速偏低。兩側(cè)反應(yīng)器的煙氣流速均值也相差較大，主要原因?yàn)锳側(cè)空預(yù)器堵塞比較嚴(yán)重，使得2號(hào)反應(yīng)器入口煙氣流速大于1號(hào)反應(yīng)器。應(yīng)該在SCR反應(yīng)器設(shè)計(jì)階段進(jìn)行煙氣流場(chǎng)模擬優(yōu)化，在特定煙道位置增設(shè)導(dǎo)流板，提高反應(yīng)器入口煙氣流場(chǎng)的均勻度。同時(shí)加強(qiáng)空預(yù)器的吹掃與沖洗，避免堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，確?？疹A(yù)器正常穩(wěn)定運(yùn)行。

3.5 SCR反應(yīng)器出口煙氣流速不均勻性

在100%負(fù)荷工況下對(duì)A電廠350MW超臨界機(jī)組的SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器出口煙氣流速采用網(wǎng)格法進(jìn)行了檢測(cè)，得到反應(yīng)器整個(gè)出口截面的煙氣流速分布數(shù)據(jù)，結(jié)果如表5所示。

表5 A電廠SCR反應(yīng)器出口面煙氣流速分布檢測(cè)結(jié)果

從表5數(shù)據(jù)可知，A電廠1號(hào)反應(yīng)器出口煙氣流速平均值為9.1m/s，最大值為12.5m/s，最小值為6.5m/s，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為17.6%。A電廠2號(hào)反應(yīng)器出口煙氣流速平均值為17.5m/s，最大值為20.5m/s，最小值為14.5m/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為10.3%。相比于反應(yīng)器入口，出口面煙氣流速分布更加均勻。主要是因?yàn)榻?jīng)過(guò)反應(yīng)器內(nèi)催化劑層的整流后，煙氣流場(chǎng)趨于均化所致。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)于SCR反應(yīng)器出口NOx濃度分布不均勻問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)入口NOx濃度分布情況，采用動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整噴氨模式以及優(yōu)化流場(chǎng)設(shè)計(jì)等手段對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行改善。并且SCR系統(tǒng)的性能檢測(cè)或驗(yàn)收時(shí)，效率試驗(yàn)或反應(yīng)器出口NOx濃度試驗(yàn)應(yīng)采用網(wǎng)格法檢測(cè)才能得到科學(xué)全面的數(shù)據(jù)。

(2)SCR反應(yīng)器入口面普遍存在NOx濃度分布不均勻現(xiàn)象。入口NOx濃度檢測(cè)或CEMS取樣應(yīng)采用網(wǎng)格式多點(diǎn)采樣，以提高數(shù)據(jù)的代表性和正確指導(dǎo)脫硝運(yùn)行。

(3)SCR反應(yīng)器出口氨逃逸偏高且氨濃度分布不均勻問(wèn)題應(yīng)通過(guò)采用入口NOx濃度動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整噴氨模式予以?xún)?yōu)化，從而減少硫酸氫銨的生成以及對(duì)空預(yù)器的影響，檢測(cè)時(shí)應(yīng)采用網(wǎng)格式多點(diǎn)采樣。

(4)SCR反應(yīng)器入口普遍存在煙氣流速分布不均勻性問(wèn)題。在設(shè)計(jì)階段應(yīng)進(jìn)行流場(chǎng)模擬，在特定煙道位置增設(shè)導(dǎo)流板，優(yōu)化流場(chǎng)分布。與反應(yīng)器入口相比，反應(yīng)器出口煙氣流速分布更加均勻。

［1］中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部.2013環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)［EB/OL］.http://zls.mep.gov.cn/hjtj/nb/2013tjnb/201411/t20141124_ 291867.htm/，2014－11－24.

［2］曹振龍.電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)的研究發(fā)展探析［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014(17):146.

［3］黃袁金.國(guó)內(nèi)火電廠煙氣脫硝發(fā)展現(xiàn)狀及建議［J］.2014(13): 156－166.

Study on flue gas inhomogeneities of flue gas denitration system in coal－fired power plants

Aiming at the problems of flue gas inhomogeneities in coal－fired power plant，flue gas NOxconcentration，ammonia escape concentration and velocity field of flue gas denitration system are measured，and the causes and improvement measures are analyzed.Flue gas NOxconcentration field，velocity field and ammonia escape concentration are measured by using NGA2000 flue gas analyzer and S type pitot tube，and analysis are made on the data.Analysis results show that the SCR inlet and outlet NOxconcentration inhomogeneities exists generally，performance test and acceptance must use the grid method to detect the NOxconcentration.SCR velocity field inhomogeneity effects NOxinhomogeneity of SCR outlet.According to the NOxconcentration field and velocity field of SCR inlet adjusting the ammonia spraying amount of ammonia gun to improving the DeNOxefficienc of SCR reactor and reduce ammonia escape.

denitration;inhomogeneity;NOxconcentration;ammonia escape;velocity

X701.7

B

1674－8069(2016)02－001－04

2015-10-16;

2015-12-20

張文杰(1982-)，男，江西贛州人，工程師，長(zhǎng)期從事電力環(huán)境保護(hù)、煙氣脫硫脫硝檢測(cè)等工作。E－mail:wjzhang_000221 @163.com