SCR對(duì)脫硝效率及SO2轉(zhuǎn)化率影響分析

1、SCR對(duì)脫硝效率及SO?轉(zhuǎn)化率影響分析王杭州（廈門華夏電力公司，廈門， 361026）摘 要：本文通過(guò)300MW機(jī)組脫硝的性能試驗(yàn),測(cè)試SCR脫硝效率及NO濃度及其分布試 驗(yàn)以及對(duì)SO2轉(zhuǎn)化成SO3影響進(jìn)行測(cè)試分析，探討與分析煙氣脫硝工程性能試驗(yàn)所采用的 方法、手段及評(píng)價(jià)依據(jù)，為日益增多的煙氣脫硝系統(tǒng)提供性能試驗(yàn)的技術(shù)借鑒與實(shí)踐參考。 關(guān)鍵詞：性能試驗(yàn)；選擇性催化還原技術(shù) （SCR） ； SO2NOx作為燃煤電廠的主要污染物之一，在煙塵與SO2污染逐步得到控制后，正日益引起重視。影響SCR系統(tǒng)的因素多（煙氣條件、環(huán)保要求、排煙條件、FGD裝置、空氣預(yù)熱器、ESP等設(shè)備），投資大，運(yùn)行成本高，因

2、此，對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)性能分析研究對(duì)于SCR系統(tǒng)內(nèi)流體流動(dòng)、傳質(zhì)傳熱、節(jié)能降耗具有重要的意義。SCR系統(tǒng)各種參數(shù)（脫硝效率、NOx濃度、煙氣流量與溫度等）之間有著非常緊密的聯(lián)系，其中的脫硝效率是所有參 數(shù)中最關(guān)鍵、最核心的因子。參數(shù)之間、注氨格柵以及煙氣流體分布的優(yōu)化與調(diào)整，對(duì)SO2的轉(zhuǎn)化率的程度等，對(duì)整套SCR系統(tǒng)的科學(xué)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的促進(jìn)作用。本文通過(guò)300MW機(jī)組脫硝的性能試驗(yàn)，測(cè)試SCR脫硝效率及NO濃度及其分布試驗(yàn)以及對(duì) SO2轉(zhuǎn)化 成SO3影響進(jìn)行測(cè)試分析，探討與分析煙氣脫硝工程性能試驗(yàn)所采用的方法、手段及評(píng)價(jià)依據(jù)，為日益增多的煙氣脫硝系統(tǒng)提供性能試驗(yàn)的技術(shù)借鑒與實(shí)踐參考。1

3、.1樣品的采集與測(cè)試測(cè)試方法總體描述為：在每臺(tái)SCR反應(yīng)器的進(jìn)出口煙道截面上，采用網(wǎng)格法（進(jìn)口28點(diǎn)，出口 20點(diǎn)）逐點(diǎn)采集煙氣樣品，用NGA2000多功能分析儀測(cè)量煙氣中的NO與。2,以此來(lái)獲得每臺(tái)反應(yīng)器的脫硝效率。為了分析煙氣通過(guò)催化劑后的SO2/SO3轉(zhuǎn)化率，需要用化學(xué)法在省煤器出口和 SCR反應(yīng)器出口煙道同時(shí)采集煙氣樣品，以分析SO2與SO3濃度。通過(guò)在每臺(tái)反應(yīng)器出口 5點(diǎn)煙氣取樣，來(lái)分析煙氣中的氨逃逸濃度。1.1.1 SCR設(shè)計(jì)參數(shù)每臺(tái)鍋爐配備兩臺(tái)三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器，在省煤器與空預(yù)器之間，由上海電氣石川島電站環(huán)保工程有限公司設(shè)計(jì)安裝了兩臺(tái)高灰型SCR煙氣脫硝裝置。脫硝反應(yīng)器采用“

4、2+ 1”的催化劑布置模式，初裝兩層美國(guó)康寧公司提供的蜂窩型催化劑（節(jié)距7.0mm，22X22孔，0.8mm壁厚），每層催化劑上方安裝3只半伸縮式蒸汽吹灰器。SCR反應(yīng)器入口安裝了格柵式噴氨系統(tǒng)，每臺(tái)反應(yīng)器設(shè)置9只手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，采用分區(qū)調(diào)節(jié)的方式來(lái)控制噴氨后的NH3/NO 分布。表1 SCR裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)備注煙氣流量t/h1305Nni/h1010466濕基入口煙%4干基氣成分HO%8濕基SOx此/L500飛灰濃度g/Nm323NOxmg/Nniw 450 (max600)SCR性NOx (干基)mg/Nn3180 （首期）45 （遠(yuǎn)期）參數(shù)脫硝效率%60（首期）90（遠(yuǎn)期）NH逃逸

5、此/Lw 3SO/SO3轉(zhuǎn)化率%w 1系統(tǒng)阻力Paw 1000F 基、6%O100%ECRF基，6%OVol.噴氨的均勻性是保證良好脫硝效率及減少氨逃逸率的關(guān)鍵，為保證噴氨的均勻性，每個(gè)SCR反應(yīng)器設(shè)有9 X 3根伸入煙道的注氨支管， 每根支管上有10個(gè)不銹鋼噴頭，即27根 注氨支管與270個(gè)噴嘴組成了注氨格柵（AIG）（見圖1注氨格柵示意圖），均勻地分布在SCRi vt- -氨管調(diào)節(jié)閥 流量計(jì)一 Hi 進(jìn)口側(cè)煙道的截面上。另外，在注氨支管上設(shè)置了流量調(diào)節(jié)閥、節(jié)流孔以及差壓計(jì)，用于調(diào) 整注入氨量的均勻性。圖1注氨格柵（AIG）示意圖1.1.2 NOx與02濃度測(cè)量在每臺(tái)SCR反應(yīng)器的進(jìn)出口煙道

6、截面上，采用網(wǎng)格法（進(jìn)口28點(diǎn)，出口 20點(diǎn)）逐點(diǎn)采集煙氣樣品，用NGA2000多功能分析儀測(cè)量煙氣中的 NO與。2,以此來(lái)獲得每臺(tái)反應(yīng)器 的脫硝效率。為了分析煙氣通過(guò)催化劑后的SO2/SO3轉(zhuǎn)化率，需要用化學(xué)法在省煤器出口和SCR反應(yīng)器出口煙道同時(shí)采集煙氣樣品，以分析SO2與SO3濃度。此外，每個(gè)試驗(yàn)工況都采集了入爐煤和飛灰（空預(yù)器出口撞擊灰）樣品。在每臺(tái)SCR反應(yīng)器的進(jìn)口和出口煙道截面，采用等截面網(wǎng)格法（進(jìn)口7 X 4，出口 5X 4 ）布置煙氣取樣點(diǎn)（圖 2）,分析各采樣點(diǎn)煙氣中的NO與。2含量，從而獲得煙道截面的 NO與。2分布，并計(jì)算每臺(tái)反應(yīng)器的脫硝效率。 每臺(tái)SCR反應(yīng)器的進(jìn)出口均

7、已安裝了NO和。2濃度在線分析儀，通過(guò)測(cè)量煙道截面的NO3與02濃度分布，可找出在線監(jiān)測(cè)分析儀的顯示值與實(shí)際N0與02濃度之間的關(guān)系，以此來(lái)連續(xù)監(jiān)測(cè)每個(gè)試驗(yàn)工況期間的脫硝效率波動(dòng)。注氨LSQ、SO3NO 及 02H Mm I IXX空預(yù)器1第一層催化劑1第一層催化劑J備用層S NO、O2取樣點(diǎn)4#圖2 N0與02濃度的采樣點(diǎn)煙氣中的N0濃度的測(cè)量參考美國(guó) EPA 7E標(biāo)準(zhǔn)。采用ROSEMOUNT公司的NGA2000 型煙氣分析儀逐點(diǎn)測(cè)量。 首先用不銹鋼管將煙氣引出至煙道外， 然后經(jīng)過(guò)水洗除塵、 除氨器 除氨、煙氣預(yù)處理裝置清潔、除濕、冷卻，最后接入NGA2000型煙氣分析儀進(jìn)行分析。 NOx

8、取樣與分析系統(tǒng)見圖 3。每個(gè)試驗(yàn)工況結(jié)束后，根據(jù)各取樣點(diǎn)的 N0與。2濃度，將N0修 正到6%氧量下，加上5%NO2，可獲得各取樣點(diǎn)的 NOx濃度?；旌掀魅庸苷緭?jù)采鉅廉蟻-#圖3 NO和Q的取樣分析系統(tǒng)#EPA CTM027標(biāo)準(zhǔn)，圖4是樣品采集系統(tǒng)的示意圖，SCR反應(yīng)器出口水圖4煙氣中的NH取樣系統(tǒng)1.1.3 NH3逃逸測(cè)量煙氣中氣態(tài)氨的樣品采集執(zhí)行美國(guó)用硫酸溶液作為氨的吸收液，用離子色譜儀進(jìn)行濃度分析。采樣點(diǎn)位于 平煙道，每側(cè)5個(gè)取樣孔。54 5 所示 也采用圖5可折算出煙氣SO2/SO3轉(zhuǎn)化率的計(jì)算公式如下:Kso 2g®- Sb 100%Cso 2, in(1)1.1.4 S

9、O2/SO3 轉(zhuǎn)化率在脫硝反應(yīng)器的進(jìn)出口煙道同時(shí)測(cè)量SO2和SO3濃度，可獲得煙氣通過(guò) SCR反應(yīng)器后的SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。在每臺(tái)反應(yīng)器的入口水平煙道選擇兩個(gè)煙氣取樣孔，采用圖 系統(tǒng)同時(shí)采集 SO2與SO3樣品；在反應(yīng)器出口水平煙道選取兩個(gè)煙氣取樣孔， 所示系統(tǒng)采集SO3樣品。用離子色譜儀分析所采集樣品中的硫酸根離子濃度， 中的SO2、SO3濃度。#式中：Kso2 SO/SO3轉(zhuǎn)化率，%Csq , ex SCR反應(yīng)器出口的SO平均濃度,此/L6%OCsQ,in SCR反應(yīng)器入口的SO平均濃度,L/L6%OCsQ,i n SCR反應(yīng)器入口的SQ平均濃度,L/L6%O#采樣加執(zhí)到I 260 r.

10、圖5 SO2/SO3采樣系統(tǒng)示意圖1.2結(jié)果與討論1.2.1測(cè)試結(jié)果1.2.1.1 SCR進(jìn)出口 NOx濃度測(cè)試SCR裝置的脫硝效率試驗(yàn)時(shí)的脫硝效率設(shè)定值、噴氨量、SCR反應(yīng)器進(jìn)出口的實(shí)測(cè) NOx濃度見表2。SCR脫硝效率（DCS）設(shè)定值為60.763.9%，實(shí)際脫硝效率約為 70.5174.64%。表2鍋爐的脫硝效率項(xiàng)目單位300MW工況下反應(yīng)器SCR反應(yīng)器BA設(shè)定脫硝效率（DCS%60.763.9噴氨量DCSNnm/h113.792.4入口 NOx6%ODCSmg/Nn3412.5438.5出口 NOx6%QDCSmg/Nn3185.5233.1實(shí)測(cè)入口 NOx6%Omg/Nn3429.4

11、423.7實(shí)測(cè)出口 NOx6%Omg/Nn3122.7128.8實(shí)際脫硝效率%71.4369.6平均脫硝效率%70.51備注：DCS顯示的NOx6%O2為NO的質(zhì)量濃度，本表中數(shù)據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)換成NO的濃度。1.2.1.2 SCR進(jìn)口 NOx濃度分布表3 SCR-A反應(yīng)器進(jìn)口NO濃度分布NOx-mg/NnnA反應(yīng)器進(jìn)口6%O12345671395.2398.2406.0412.8428.1448.2496.92386.6382.7398.6405.3464.8480.4507.33372.9392.3413.9439.4462.9488.7498.64304.8344.7429.7424.8450.

12、6460.3492.5最大507.3304.8428.111.5最小平均值入口分布標(biāo)準(zhǔn)偏差表4 SCR-B反應(yīng)器進(jìn)口 NQ濃度分布NOx-mg/NmB反應(yīng)器進(jìn)口6%O76543211477.5463.2472.9449.3448.0464.9450.42493.3468.4458.9471.8424.9445.1446.73507.1473.3489.4496.5451.5443.1412.44511.2509.1474.9445.1471.0451.0449.2最大511.2最小412.4平均值465.0入口分布標(biāo)準(zhǔn)5.3偏差1.2.1.3 SCR出口 NOx濃度分布（以B反應(yīng)器為例，分別測(cè)

13、出調(diào)整前后偏差值） 表5 SCR- A反應(yīng)器出口 NO濃度分布（調(diào)整后）3NOx-mg/NmA反應(yīng)器出口6%O123451132.1152.8160.0141.2176.72133.5155.0160.9170.9148.43127.5145.5148.8143.9142.14171.4162.9179.1181.2191.7最大191.7最小127.5平均值156.3出口分布標(biāo)準(zhǔn)11.5偏差脫硝效率63.5表 6 SCR- B反應(yīng)器出口NGX濃度分布（調(diào)整前）3NOx-mg/NmB反應(yīng)器出口6%O543211188.0208.3220.0134.435.12196.8240.8247.412

14、5.138.03183.5228.3202.0109.644.24207.5223.3253.6123.526.5最大253.6最小26.5平均值161.8出口分布標(biāo)準(zhǔn)47.465.20偏差脫硝效率表7 SCR-B反應(yīng)器出口 NQ濃度分布（調(diào)整后）3NOx-mg/NmB反應(yīng)器出口6%O543211135.7142.1172.3138.0115.72122.0161.1187.0140.5112.03133.0159.7150.2117.8103.04165.7148.2181.6129.1125.7最大181.6最小103.0平均值142.0出口分布標(biāo)準(zhǔn)24.39偏差脫硝效率69.461.2.

15、1.4 NH3 逃逸煙氣中的氣態(tài)氨逃逸取樣在 SCR反應(yīng)器的出口水平煙道，每側(cè)煙道選擇5個(gè)取樣孔。氨逃逸取樣與脫硝效率的測(cè)試同時(shí)進(jìn)行，具體測(cè)試結(jié)果見表6。選取2個(gè)工況對(duì)應(yīng)的氨逃逸分別為2. 66 L/L和1.62丄/L。表6氨逃逸測(cè)試結(jié)果（單位：此/L6%O反應(yīng)器B反應(yīng)器A測(cè)點(diǎn)1234554321工況2.662.521.761.341.411.151.101.111.251.89平均值1.621.2.1.5 SO2/SO3 轉(zhuǎn)化率SCR反應(yīng)器進(jìn)出口煙氣中的 SO2與SO3測(cè)試數(shù)據(jù)分析結(jié)果匯總于表 7。SO2/SO3轉(zhuǎn)化率 約為0.29%。催化劑的設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度為 380 C,實(shí)測(cè)省煤器出口煙氣溫

16、度只有 364 C與348 C, 這不僅降低了催化劑的反應(yīng)活性，而且抑制了煙氣通過(guò)催化劑時(shí)SO2向SO3的轉(zhuǎn)化。表7 SO 2/SO3轉(zhuǎn)化率測(cè)試結(jié)果工況反應(yīng) 器入口溫 度入口 SO入口 SO出口 SQSO/SQ 轉(zhuǎn)化率SO/SO3 平均值單位CL/L6%O此/L6%O此/L6%O%300MWB3643070.471.790.430.290工況A2660.140.540.151.2.2討論綜上所述，SCR裝置的脫硝效率、氨逃逸及 SO2/SO3轉(zhuǎn)化率均達(dá)到要求。最終的性能考核結(jié)果匯總于表&表8 SCR性能考核結(jié)果項(xiàng)目單位性能保證值工況1負(fù)荷MW300301脫硝效率%6063.35氨逃逸6

17、%O止/L< 3.01.62SO/SQ轉(zhuǎn)化率%< 1.00.29催化反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)場(chǎng)、 溫度場(chǎng)和反應(yīng)物濃度分布越均勻，化學(xué)反應(yīng)的效率越有保障，而SCR反應(yīng)器入口處的流動(dòng)、溫度和反應(yīng)物濃度的分布的均勻性更是顯得尤為重要，因?yàn)?入口處的狀況將影響 SCR的整體性能。為了更加清楚的分析 SCR反應(yīng)器的運(yùn)行特性，參照鍋爐性能試驗(yàn)的方法在SCR進(jìn)出口的煙道取24個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量其局部的煙氣流速、氧量、溫度、NOx含量等等，按算術(shù)平均值（如下式4-4）計(jì)算出其截面參數(shù)的平均值用X表示。所有空間點(diǎn)上 Xi的均方差用表示，流Cv (coefficient of variation) 來(lái)表(2)動(dòng)速度、溫

18、度和反應(yīng)物濃度等物理量的不均勻度常用偏差 述參數(shù)在煙道截面的均勻程度，則有：sCv =100%X式中:(Xi-X)2(3)X = -? Xi n 高性能指標(biāo)的SCR系統(tǒng)，主要是指氨的低逃逸率和 NOx的高脫除率，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠 保證獲得流動(dòng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)和反應(yīng)物濃度場(chǎng)的相應(yīng)均勻程度。1.2.2.1 脫硝效率對(duì)SCR系統(tǒng)的性能考核標(biāo)準(zhǔn)主要集中在脫硝率以及出口NOx的濃度偏差系數(shù)Cv兩個(gè)指標(biāo)上。從試驗(yàn)結(jié)果可看出，其反應(yīng)器的平均脫硝率為64.35%，脫硝效率性能指標(biāo)滿足首期> 60%要求。1.2.2.2 出口 NOx分布調(diào)節(jié)從SCR出口 NOx濃度數(shù)據(jù)可知，B反應(yīng)器出口 NOx的濃度分布不均勻，

19、如圖 6,其Cv達(dá) 到47.4%，超過(guò)了 30%，不能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的項(xiàng)目達(dá)標(biāo)要求，為此特調(diào)節(jié)供應(yīng)管道上的手動(dòng) 節(jié)流閥以得到比較均勻的出口NOx的濃度分布。每個(gè)反應(yīng)器各有 9根供應(yīng)支管，每根支管上面有3個(gè)噴嘴，共27個(gè)噴嘴，這27個(gè)噴嘴組成了右半部分和左半部分雙層噴射面。在SCR系統(tǒng)運(yùn)行初始時(shí)的所有氨的噴射支管上的流量孔板都在中間位置，測(cè)得此時(shí)各管的壓差數(shù)值。在初始工況，各噴氨支管的手動(dòng)節(jié)流閥都在中間位置。在此工況下，左右墻各支管的氨流量基本相等，前墻各支管的氨流量也基本相同，即兩層噴射格柵的噴氨量基本均勻。在考慮了反應(yīng)器入口的煙氣流速分布之后，我們認(rèn)為B1、B2處煙氣流速過(guò)小使得該處的氨氮比遠(yuǎn)

20、高于其他位置，造成出口 NOx濃度偏差過(guò)大的主要原因。因此需要降低該處的噴氨量，將該處 支管的手動(dòng)節(jié)流閥減小， 而在此工況下出口 NOx的濃度偏差的到明顯下降 (如圖6)，此時(shí)NOx 的濃度偏差系數(shù)Cv降到24.39%，達(dá)到項(xiàng)目驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。A反應(yīng)器出口 NO濃度偏差CV=11.5%與均值偏差(mg/Nm3)縱向測(cè)點(diǎn)n系列1u系列2口系列3LJ系列412345系列1-24.18-3.483.72-15.0820.42系列2-22.78-1.284.6214.62-7.88n系列3-28 78-10 78-7 48-12 38-14 18水平橫向測(cè)點(diǎn)圖5 SCR-A反應(yīng)器出口 NO濃度偏差B反應(yīng)器出

21、口 NO濃度偏差CV=24.39%調(diào)整后）NO與均值偏差（mg/Nm3）o OOOOOOOOO54321 23縱向測(cè)點(diǎn)水平橫向測(cè)點(diǎn)口系列1 n系列2 n系列3系列4系列系列2LI系列3-6.3-20-90.119.117.7330.3458.24-4-1.5-24.25-26.3-30-39系列4圖6 B-SCR出口濃度偏差（調(diào)整前后）1.2.2.3 NH3 逃逸率從試驗(yàn)結(jié)果看，試驗(yàn)工況下，氨逃逸6%O為1.62卩L/L，小于性能保證值3卩L/L°SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑按照“ 2 + 1”模式布置，初裝 2層。催化劑的性能保證期為20000小時(shí)，在性能保證到期時(shí)的脫硝效率與氨逃逸分別

22、為60%與3此/L。催化劑活性的惰化、催化劑小孔的堵塞、煙氣流速及NH3/NO分布不均勻等對(duì)脫硝性能均有影響，為了彌補(bǔ)這些因素的影響，國(guó)外在初裝催化劑時(shí)一般會(huì)預(yù)留3050%裕量。因此在性能考核試驗(yàn)時(shí)，氨的逃逸較小。本工程兩臺(tái)鍋爐的脫硝裝置通煙氣時(shí)間已經(jīng)超過(guò)一年，這會(huì)導(dǎo)致催化劑活性有一定程度的降低，并增加氨的逃逸。1.2.2.4 SO?轉(zhuǎn)化率因SCf反應(yīng)器入口煙氣溫度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，致使SO/SO3轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低，從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，SO/SO3轉(zhuǎn)化率僅為0.29%,小于性能保證值1.0%卩L/L°SCR脫硝反應(yīng)發(fā)生在含有 SO2的煙 氣中，SO?會(huì)在催化劑的作用下被氧化成SO3。這一反應(yīng)對(duì)

23、于SCR脫硝反應(yīng)而言是非常不利的。因?yàn)镾O3可以和煙氣中的水以及 NH3反應(yīng)，從而生成硫酸氨和硫酸氫氨。而這些硫酸鹽（尤其是硫酸氫氨）可以沉積并集聚在催化劑表面。在溫度為200290C的范圍內(nèi)，煙氣中的氨與SO3和出0反應(yīng)生成硫酸氫氨（NH4HSO4）:NH 3+SO3+H2。= NH 4HSO4°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°°&

24、#176;°°°°°°° （ 5）為防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，SCR反應(yīng)的溫度至少要高于 300 C°而從測(cè)試SCR入口的煙溫均在300 C以上，其轉(zhuǎn)化率較小。速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和 NH/NOx摩爾比分布的不均勻性，對(duì)不同設(shè)計(jì)脫硝率的影響是不 一樣的，當(dāng)要求脫硝率高的時(shí)候，速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和NH3/NOX摩爾比分布的均勻度要求也高°一般來(lái)講，僅僅保證在額定運(yùn)行狀態(tài)下達(dá)到均勻度要求是比較容易做到的，而為了能夠使所有的運(yùn)行狀態(tài)都能達(dá)到最佳的結(jié)果，則要困難得多，只有采取一系列綜合措施才行。這些措施通常包括氨噴射截面上流動(dòng)的調(diào)整、 相連管道中流動(dòng)的調(diào)整以及反應(yīng)器入口處流動(dòng) 的調(diào)整。當(dāng)火電廠 SCR 裝置投運(yùn)之后，為保持 SCR 裝置高效、經(jīng)濟(jì)、安全的運(yùn)行，對(duì)噴氨格 柵的調(diào)整、催化劑的管理和控制氨逃逸量就將成為火電廠主要的工作。1.3 小結(jié)（1）、SCR 系統(tǒng)的性能考核標(biāo)準(zhǔn)主要集中在脫硝率以及出口