煙氣脫硝SCR裝置噴氨優(yōu)化研究

1、煙氣脫硝 scr 裝置噴氨優(yōu)化研究 王樂樂，金理鵬，宋玉寶，趙俊武，牛國平，楊恂 (西安熱工研究院有限公司蘇州分公司，江蘇省 蘇州市 215011) study of optimization on ammonia injection for scr equipment wang lele, jin lipeng song yubao, zhao junwu, niu guoping, yang xun ( xian thermal power research institute co., ltd. suzhou branch, suzhou 215011, jiangsu province

2、, china) abstract: most domestic scr equipments exist unreasonable ammonia injection, the nox deviation and some ammonia slip are large outlet the of equipment, which affects the economy and stability on operation of the unit. for a domestic 300mw unit, the optimization made the nox distribution imp

3、roved, reducing the peak ammonia slip and the ammonia consumption. the optimization increased the maximum de-nox efficiency by about 8 percentage points of the equipment, which can effectively extend the life of the catalyst. the optimization on ammonia injection for the scr equipment is necessary a

4、nd significant. key words: scr equipment, ammonia injection optimization, maximum de-nox efficiency 摘要：國內(nèi)大多數(shù)火電廠的 scr 裝置存在噴氨不合理，脫 硝反應器出口 nox 分布偏差大，局部氨逃逸濃度過大的現(xiàn) 象，影響著機組的經(jīng)濟穩(wěn)定運行。針對國內(nèi)某 300mw 機 組的 scr 裝置，通過噴氨優(yōu)化調(diào)整，出口截面的 nox 分 布均勻性明顯改善，氨逃逸峰值降低，并使 scr 系統(tǒng)的最 大脫硝效率提高了約 8 個百分點，可有效延長催化劑的使 用壽命，火電廠 scr 裝置的噴氨優(yōu)化調(diào)整有著重要

5、的意義。 關(guān)鍵詞：scr 裝置；噴氨優(yōu)化；最大脫硝效率 0 0 引言 隨著人們生活水平的不斷改善，對環(huán)境質(zhì)量 的要求也越來越高。根據(jù)國家環(huán)境保護部辦公廳 函201151 號文火電廠大氣污染物排放標準 （征求意見稿二） ，2003 年 12 月 31 日前投運或通 過審批的機組 nox 排放濃度不大于 200mg/nm3， 之后的現(xiàn)役或新建機組 nox 排放濃度不大于 100mg/nm3，此外，重點區(qū)域燃煤電站鍋爐的 nox 排放限值也將執(zhí)行 100mg/nm3的排放標準1。 按照這一要求，國內(nèi)絕大多數(shù)火電廠均需加裝 scr 煙氣脫硝裝置。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止 2011 年 4 月，國內(nèi)建成、在建

6、及簽訂合同擬建的 scr 裝 置總計 520 多臺，均采用高灰型布置型式，脫硝 效率約 5090%，nox 排放濃度最低約 50mg/nm3，scr 裝置作為主機的一部分，對機組 的安全經(jīng)濟運行至關(guān)重要。 煙氣脫硝 scr 裝置在設(shè)計階段通常會進行 cfd 流暢模擬和物理模型試驗對煙道內(nèi)的流場進 行優(yōu)化，以保證 scr 入口截面的煙氣流速和 nox 分布較為均勻。但往往由于現(xiàn)場空間限制或安裝 等因素影響，加上調(diào)試階段對噴氨格柵的優(yōu)化調(diào) 整重視不夠，實際運行過程中出現(xiàn) scr 出口截面 nox 分布偏差大，部分區(qū)域氨逃逸超過設(shè)計保證 值（3l/l）的現(xiàn)象。這會影響系統(tǒng)整體的脫硝效 果，并會增加空

7、預器的硫酸氫銨腐蝕和堵塞風險， 給系統(tǒng)的經(jīng)濟穩(wěn)定運行帶來很大的危害。因此,十 分有必要對 scr 裝置進行噴氨優(yōu)化調(diào)整，即通過 調(diào)整 scr 入口每根噴氨支管上的手動調(diào)閥，改變 不同位置的噴氨量，從而改善出口 nox 和 nh3 分布的均勻性，在保證裝置脫硝效果的同時, 減少 裝置的運行成本, 提高裝置的可用率2。 國內(nèi)某 300mw 機組的 scr 煙氣脫硝裝置于 2006 年 4 月投入運行，于 2010 年 5 月加裝了備用 層催化劑，至今已運行五年多，期間沒有進行過 噴氨優(yōu)化調(diào)整。為確保機組在不同負荷下較高的 脫硝效果，避免反應器出口截面局部區(qū)域氨逃逸 濃度過大，對下游空預器等設(shè)備帶來

8、不利影響， 特對 scr 脫硝裝置進行了噴氨優(yōu)化調(diào)整，并在優(yōu) 化調(diào)整基礎(chǔ)上進行了最大脫硝效率試驗。通過 aig 噴氨優(yōu)化調(diào)整，反應器出口截面的 nox 分布 均勻性得到了明顯改善，最大脫硝效率約提高了 約 8 個百分點。文章是對此項工作的總結(jié)，希望 能促進電廠對 scr 裝置噴氨優(yōu)化的重視，提高脫 硝裝置的安全和經(jīng)濟運行。 1 設(shè)備概況 scr 裝置采取高塵型工藝，沿鍋爐中心線對 稱布置兩個反應器，反應器內(nèi)按“2+1”模式布置 蜂窩式催化劑（初裝 2 層、預留 1 層） ，備用催化 劑設(shè)置在最下層。每層催化劑上方設(shè) 3 只耙式蒸 汽吹灰器，以保持催化劑表面清潔。scr 裝置內(nèi)， 沿煙氣流向在煙

9、道不同位置設(shè)導流板、靜態(tài)混合 器和整流器等裝置使進入催化劑上方的煙氣流場 均勻，具體布置見圖 1。來自公用系統(tǒng)的氨與稀釋 風混合后經(jīng)噴氨格柵（aig）進入 scr 煙道，氨 噴射采用格柵式小噴嘴，在入口水平直段煙道截 面上，從頂部將 9 根支管伸入煙道，每根支管設(shè) 手動蝶閥，實現(xiàn)煙道截面上的氨噴射流量分區(qū)控 制。 圖 1 scr 系統(tǒng)布置圖 fig.1 layout of the scr system scr 裝置按入口 nox 濃度 450mg/nm3、60% 脫硝效率設(shè)計，并于 2010 年 5 月加裝了備用層催 化劑了。根據(jù) 2010 年 8 月 scr 裝置加裝備用層催 化劑后的性能考

10、核結(jié)果，出口氨逃逸達到 3l/l 時，scr 裝置的最大脫硝效率約 80%3。 2 噴氨優(yōu)化的實踐 在 2011 年 6 月，對 scr 裝置進行了摸底測試、 噴氨格柵優(yōu)化調(diào)整、優(yōu)化后的低負荷校核試驗及 最大脫硝效率等現(xiàn)場試驗。 2.1 摸底測試 在機組 300mw 負荷下，對 scr 裝置的效率、 氨逃逸濃度和出口 nox 分布進行了測試，初步評 估脫硝裝置的效率和氨噴射流量分配狀況。出口 nox 的分布見圖 3，其中 a 側(cè)反應器出口截面 nox 濃度最大值為 158mg/nm3，最小值只有 39mg/nm3，反應器出口截面 nox 分布相對標準偏 差為 39%；b 側(cè)反應器出口截面 no

11、x 濃度最大值 為 130mg/nm3，最小值只有 5mg/nm3，反應器出 口截面 nox 分布相對標準偏差為 51%，兩側(cè)平均 相對標準偏差約 45%。反應器出口 nox 濃度分布 均勻性差，尤其沿反應器寬度方向（反應器外側(cè) 至鍋爐中心線）nox 分布呈外側(cè)高內(nèi)側(cè)低的趨勢。 圖 2 優(yōu)化調(diào)整前的 nox 分布 fig.2 nox distribution before optimization 摸底測試期間，對 scr 裝置的脫硝效率和出 口氨逃逸也進行了測試，系統(tǒng)在 63.6%脫硝效率下 對應氨逃逸濃度為 1.70l/l。由于噴氨格柵不同 支管噴氨量不平衡，反應器出口截面上存在局部 氨逃

12、逸濃度過大的現(xiàn)象（圖 3） ，峰值為 4.6l/l， 超過設(shè)計保證值的 3l/l。因此，有必要對 scr 裝置的 aig 噴氨格柵進行優(yōu)化調(diào)整，即需要減小 內(nèi)側(cè)格柵噴氨量，增加外側(cè)格柵噴量。 0.5 1.0 1.3 1.7 2.8 1.8 4.6 2.7 1.4 1.11.00.7 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 a-1 a-2 a-6 a-7 a-9a- 10 b- 10 b-9 b-7 b-6 b-2 b-1 反應器出口氨取樣點 氨逃逸濃度（l/l） 圖 3 優(yōu)化調(diào)整前的氨逃逸 fig.3 ammonia slip before optimization 2.2 噴氨優(yōu)化調(diào)

13、整 在 300mw 負荷下，根據(jù)摸底測試的 scr 出 口截面 nox 濃度分布結(jié)果，對反應器入口水平煙 道上 aig 噴氨格柵不同支管的手動閥開度進行調(diào) 節(jié)。經(jīng)多次噴氨量調(diào)整，反應器寬度方向 nox 分 布外側(cè)高內(nèi)側(cè)低的趨勢得以扭轉(zhuǎn)（圖 4） ，兩個反 應器出口截面的 nox 分布均勻性得到了明顯改善， a 側(cè)的 nox 分布相對標準偏差為 13%，b 側(cè)為 8%， 兩側(cè)平均相對標準偏差約 11%，優(yōu)化調(diào)整后的 nox 分布見圖 5。 0 50 100 150 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10 反應器a寬度方向測孔 深度方向列平均值 （mg/nm3） 優(yōu)化前優(yōu)化后

14、 0 50 100 150 b1b2b3b4b5b6b7b8b9b10 反應器b寬度方向測孔 深度方向列平均值 （mg/nm3） 優(yōu)化前優(yōu)化后 圖 4 優(yōu)化調(diào)整前后寬度方向 nox 分布 fig.4 nox distribution in the with direction before and after optimization 圖 5 優(yōu)化調(diào)整后的 nox 分布 fig.5 nox distribution after optimization 根據(jù)不同脫硝效率下催化劑后 nox 濃度場的 不均勻性對催化劑壽命影響（圖 6）規(guī)律可以看出， 濃度偏差減小可明顯延長催化劑的使用壽命。針 對

15、該 300mw 機組，經(jīng)噴氨優(yōu)化調(diào)整后，scr 出 口的 nox 分布相對標準偏差由 45%降低到約 10%，可以使催化劑使用壽命延長 1/4 以上。按照 催化劑設(shè)計壽命 24000h，通過優(yōu)化調(diào)整可以使催 化劑多使用約一年，機組可節(jié)省更換催化劑的運 行費用超過 100 萬元/年。 圖 6 nox 分布均勻性對催化劑壽命的影響 fig.6 the affection of nox distribution to catalyst life 2.3 校核試驗 噴氨優(yōu)化調(diào)整后，scr 出口的 nox 分布在 300mw 負荷下結(jié)果較好，為進一步驗證部分負荷 下反應器出口 nox 分布情況，又在 1

16、60mw 負荷 下對出口 nox 分布進行了測試，結(jié)果見圖 7。 圖 7 優(yōu)化調(diào)整后的 nox 分布(160mw) fig.7 nox distribution after optimization (160mw) 在 160mw 負荷下，a 側(cè)反應器出口截面 nox 分布相對標準偏差為 8%；b 側(cè)為 12%，兩側(cè) 平均相對標準偏差約 10%。 噴氨優(yōu)化調(diào)整后，在 300mw 負荷下測量出口 nox 分布的同時對 scr 裝置的脫硝效率和氨逃逸 也進行了測試，結(jié)果見表 1。平均脫硝效率為 65.2%時 對應的氨逃逸濃度為 0.98l/l。經(jīng)過噴氨優(yōu)化調(diào) 整，同等脫硝效率下的氨逃逸有較大幅度減

17、小， 300mw 負荷下，設(shè)計脫硝效率下的氨逃逸濃度由 調(diào)整前的 1.70l/l 減小到 0.98l/l，可減少還原 劑耗量。 噴氨優(yōu)化調(diào)整后，反應器出口截面氨逃逸濃 度峰值減小（圖 8） ，最大氨逃逸濃度僅為 1.4l/l，未出現(xiàn)超出設(shè)計值 3l/l 的現(xiàn)象。 表 1 優(yōu)化調(diào)整前后的脫硝效率和氨逃逸 de-nox efficiency and ammonia slip before and after optimization 項目單位優(yōu)化前優(yōu)化后 scr 反應器-abab 單側(cè)進口 noxmg/nm3225213272282 入口平均 noxmg/nm3219363 單側(cè)出口 noxmg/

18、nm3867486107 入口平均 noxmg/nm38075 實際脫硝效率%62.065.268.462.0 平均脫硝效率%63.679.5 氨逃逸濃度l/l1.471.920.891.08 平均氨逃逸濃度l/l1.700.98 1.0 0.9 0.80.8 0.9 0.8 1.4 1.0 1.2 1.1 0.0 0.5 1.0 1.5 a-2a-6a-7a-9a-10 b-10b-9b-7b-6b-2 反應器出口氨取樣點 氨逃逸濃度（l/l） 圖 8 優(yōu)化調(diào)整后的氨逃逸 fig.8 ammonia slip after optimization 3.最大脫硝效率 為進一步評估 scr 裝置

19、現(xiàn)有三層催化劑所能 達到的最大脫硝效果，依據(jù)前述不同負荷下的脫 硝效率和氨逃逸測量結(jié)果，逐漸增大噴氨量，尋 找 scr 出口氨逃逸濃度接近 3l/l 時對應的脫硝 效率。在機組 300mw 負荷下，按照 90%脫硝效 率控制噴氨流量進行了測試，測得兩臺反應器的 脫硝效率分別為 91.7%和 87.4 時，對應氨逃逸濃 度分別為 3.37l/l 和 2.81l/l。據(jù)此估算，在保 證氨逃逸濃度不超過 3l/l 情況下，目前三層催 化劑（兩舊一新）的最大脫硝效率約為 88%。噴 氨優(yōu)化調(diào)整改善脫硝入口 nh3/nox 比分布均勻性 后，scr 裝置的最大脫硝效率約增加 8%。在相同 的脫硝效率要求下，催化劑可使用更長的時間。 噴氨優(yōu)化調(diào)整后，scr 裝置的最大脫硝效率 可達到約 88%。按照 scr 裝置設(shè)計入口 nox 濃 度 450mg/nm3，現(xiàn)有三層催化劑可滿足國家進一 步嚴格的環(huán)保排放標準，將 nox 最終排放濃度穩(wěn) 定控制在 100mg/nm3以內(nèi)。 5 結(jié)論 綜上所述，分析 scr 裝置噴氨優(yōu)化前后的出 口 nox 分布、脫硝效率、氨逃逸及最大效率結(jié)果， 得出以下結(jié)論： 1)噴氨優(yōu)化調(diào)整后，在機組 300mw 負荷下， scr 出口截面