燃煤電廠SCR脫硝系統(tǒng)煙氣流場(chǎng)分布不均勻性研究及解決方案

邱家煜

摘 要：針對(duì)600MW燃煤機(jī)組超低排放改造后SCR脫硝系統(tǒng)煙氣流場(chǎng)分布不均勻影響脫硝的效率，造成噴氨量大，氨逃逸嚴(yán)重，加劇空預(yù)器蓄熱元件的堵塞，甚至損壞的問(wèn)題，進(jìn)行了專業(yè)性能測(cè)定。通過(guò)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脫硝系統(tǒng)煙氣流場(chǎng)分布和速度場(chǎng)不均勻性影響SCR出口NOx均勻性，并對(duì)此所引起的問(wèn)題作出調(diào)節(jié)和系統(tǒng)改進(jìn)，以減少氨逃逸濃度和解決煙氣流場(chǎng)分布不均勻問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：超低排放改造;SCR脫硝反應(yīng)器;煙氣流場(chǎng);氨逃逸

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.074

0 引言

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，該方法是目前最成熟的煙氣脫硝技術(shù)，它是一種爐后脫硝方法，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、技術(shù)成熟可靠、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。目前全國(guó)火電機(jī)組超低排放改造已進(jìn)入集中投運(yùn)期，而大部分機(jī)組在原設(shè)計(jì)上沒(méi)有預(yù)留脫硝裝置安裝空間，在改造投運(yùn)后，改造當(dāng)中隱藏的問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)。SCR煙氣脫硝裝置普遍存在煙氣流場(chǎng)分布不均勻的問(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場(chǎng)不均勻，造成脫硝率降低、反應(yīng)器出口氨逃逸量上升，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。因此以某廠2×600MW機(jī)組超低排放改造后SCR脫硝系統(tǒng)存在的煙氣流場(chǎng)分布不均勻的問(wèn)題展開了研究改造和調(diào)整試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)改造后SCR煙氣脫硝系統(tǒng)煙氣流場(chǎng)分布均勻及降低氨逃逸率的目的。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介及SCR脫硝反應(yīng)器性能現(xiàn)狀

（1） 某廠2×600MW機(jī)組鍋爐是超臨界參數(shù)變壓直流爐，為東方鍋爐廠生產(chǎn)的單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、懸吊結(jié)構(gòu)π型鍋爐。為滿足新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，1、2號(hào)機(jī)組進(jìn)行超低排放改造，采用選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝。

（2）SCR脫硝反應(yīng)器進(jìn)、出口NOx濃度的分布。經(jīng)過(guò)SCR脫硝反應(yīng)器性能摸底數(shù)據(jù)表1中數(shù)據(jù)可知：A、B側(cè)反應(yīng)器進(jìn)口煙道的NOx分布比較均勻，而出口的NOx分布非常不均勻，A側(cè)和B側(cè)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別高達(dá)89.6%和91.3%，脫硝率差距達(dá)到12%。反應(yīng)器出口NOx濃度分布呈靠近爐前區(qū)域的NOx濃度較高而爐后區(qū)域的NOx濃度極低的規(guī)律。

（3）SCR脫硝反應(yīng)器煙氣流場(chǎng)分布。反應(yīng)器進(jìn)口煙氣流場(chǎng)取樣點(diǎn)一處在噴氨格柵前的上升煙道截面，另一處為催化劑前的下降煙道進(jìn)行了測(cè)量。從表2、圖2和圖3中的數(shù)據(jù)可知：上升煙道的流速分布十分不均勻，爐前側(cè)流速低，爐后側(cè)流速高，甚至在爐前側(cè)出現(xiàn)了負(fù)流速;下降煙道的流速沿爐前向爐后遞減，爐前流速較爐后高15%。反應(yīng)器進(jìn)口流場(chǎng)與出口NOx分布存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。反應(yīng)器進(jìn)口NOx分布及噴氨量基本均勻，反應(yīng)器出口NOx分布的不均勻主要是由于入口的煙氣流場(chǎng)不均勻?qū)е隆?/p>

（4）SCR脫硝反應(yīng)器性能摸底結(jié)論。A、B側(cè)反應(yīng)器出口的NOx分布非常不均勻，出口靠近爐前區(qū)域的NOx濃度較高而爐后區(qū)域的NOx濃度極低，且兩個(gè)反應(yīng)器的規(guī)律基本一致。反應(yīng)器進(jìn)口的煙氣流場(chǎng)測(cè)試結(jié)果表明，出口NOx分布的不均勻主要是由于入口的煙氣流場(chǎng)不均勻?qū)е?，脫硝率的偏差情況和流場(chǎng)的偏差情況是吻合的，所以SCR反應(yīng)器煙氣流場(chǎng)不均勻的主要問(wèn)題出現(xiàn)在入口上升段。

（5）SCR脫硝反應(yīng)器NOx分布不均的危害。反應(yīng)器NOx濃度分布不均，會(huì)導(dǎo)致催化劑壽命損耗不一，同時(shí)增加逃逸氨濃度，反應(yīng)器出口逃逸氨量越大，所生成的硫酸氫銨（NH4HSO4）就越多，嚴(yán)重會(huì)對(duì)下游的空預(yù)器造成堵塞，危害機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。直接影響噴氨量的控制，容易造成過(guò)量噴氨或噴氨不足，增加逃逸氨濃度或脫硝效率下降。所以解決SCR反應(yīng)器入口上升段煙氣流場(chǎng)不均勻問(wèn)題勢(shì)在必行。

2 SCR脫硝反應(yīng)器入口煙氣流場(chǎng)均勻化改造及噴氨優(yōu)化調(diào)整

（1） SCR脫硝反應(yīng)器入口煙氣流場(chǎng)改造方案。對(duì)于超低排放改造所增加的脫硝裝置，保證脫硝反應(yīng)器中催化劑入口截面氣體速度和反應(yīng)物分布的均勻性極為重要。運(yùn)行中脫硝效率未達(dá)到標(biāo)、氨逃逸率超限以及催化劑積灰等問(wèn)題往往是由于反應(yīng)器入口煙氣流場(chǎng)分布不均所導(dǎo)致。本次解決方案是通過(guò)使用CFD全流程仿真，在不改變現(xiàn)有煙道導(dǎo)流板的前提下反應(yīng)器入口流場(chǎng)改造，圖4為CFD全流程仿真煙氣云圖。改造方案是在反應(yīng)器入口底部煙道和第一直彎增設(shè)三角形擋灰條和4片導(dǎo)流板（如圖4中紅色方框所標(biāo)示），從而達(dá)到調(diào)理噴氨格柵入口的煙氣速度分布均勻度、提高飛灰顆粒分布均勻度。CFD流程仿真顯示，噴氨格柵上游0.2m處煙氣速度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為9.62%，最高速度為18.40m/s。催化劑入口上方0.2m處的煙氣速度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為6.67%，最高速度為5.23m/s。進(jìn)一步研究表明，非均勻噴氨優(yōu)化設(shè)計(jì)方案使催化劑入口上方0.2m處的氨濃度分布CV（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差）達(dá)到4.04%。

（2）SCR脫硝反應(yīng)器入口煙道流場(chǎng)改造實(shí)施及驗(yàn)收結(jié)果。針對(duì)上述SCR反應(yīng)器脫硝性能摸底結(jié)果，某廠2×600MW機(jī)組分別于2018年實(shí)施了反應(yīng)器入口煙氣流場(chǎng)分布均勻性改造和更換了噴氨支管的調(diào)節(jié)閥門，并于當(dāng)年10月份進(jìn)行了改造結(jié)果性能驗(yàn)收，驗(yàn)收結(jié)果顯示，高中低負(fù)荷下，反應(yīng)器入口流場(chǎng)分布均勻，氨逃逸率達(dá)標(biāo)，改造成效明顯。

（3）SCR脫硝反應(yīng)器噴氨優(yōu)化調(diào)整成果。噴氨優(yōu)化調(diào)整過(guò)程經(jīng)過(guò)多輪高中低負(fù)荷下優(yōu)化調(diào)整，A反應(yīng)器出口NOx分布CV從31.8%降低到了10.9%，B反應(yīng)器出口NOx分布CV從61.9%降低到19.8%。A、B反應(yīng)器出口的NOx分布均勻性保持良好，A側(cè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差CV在10.9%～27.9%之間變化;B側(cè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差CV在19.86%～33.03%之間變化，300MW負(fù)荷下B側(cè)均勻性略差（CV=33.03%）。

3 結(jié)論

從上述的驗(yàn)收結(jié)果中可以得知，在經(jīng)過(guò)SCR脫硝反應(yīng)器入口煙氣流場(chǎng)分布改造和噴氨優(yōu)化調(diào)整后，SCR脫硝反應(yīng)器入口NOx分布、入口煙氣流場(chǎng)分布、出口NOx分布在高中低負(fù)荷下分布均勻，反應(yīng)器出口氨逃逸率達(dá)標(biāo)。本次對(duì)反應(yīng)器入口煙氣流場(chǎng)上升段的改造，明顯的改善了脫硝催化劑入口煙氣流場(chǎng)分布，均衡脫硝催化劑使用壽命，對(duì)同類型機(jī)組SCR脫硝反應(yīng)器入口煙氣流場(chǎng)分布不均勻改造具有借鑒意義和重要影響。

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作者簡(jiǎn)介：邱家煜（1983-），男，廣東惠來(lái)人，本科，工程師，主要從事火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備檢修管理工作。