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1、烟气脱硝 SCR 装置喷氨优化研究王乐乐，金理鹏，宋玉宝，赵俊武，牛国平，杨恂(西安热工研究院有限公司苏州分公司，江苏省 苏州市 215011)Study of optimization on ammonia injection for SCR equipmentWang Lele, Jin Lipeng Song Yubao, Zhao Junwu, Niu Guoping, Yang Xun( Xian Thermal Power Research Institute Co., Ltd. Suzhou Branch, Suzhou 215011, Jiangsu Province, Chi
2、na)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 improved,
3、 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 and sig
4、nificant. KEY WORDS: SCR equipment, ammonia injection optimization, maximum De-NOx efficiency摘要：国内大多数火电厂的 SCR 装置存在喷氨不合理，脱硝反应器出口 NOx 分布偏差大，局部氨逃逸浓度过大的现象，影响着机组的经济稳定运行。针对国内某 300MW 机组的 SCR 装置，通过喷氨优化调整，出口截面的 NOx 分布均匀性明显改善，氨逃逸峰值降低，并使 SCR 系统的最大脱硝效率提高了约 8 个百分点，可有效延长催化剂的使用寿命，火电厂 SCR 装置的喷氨优化调整有着重要的意义。关键词：SCR 装
5、置；喷氨优化；最大脱硝效率0 0 引言随着人们生活水平的不断改善，对环境质量 的要求也越来越高。根据国家环境保护部办公厅 函201151 号文火电厂大气污染物排放标准 （征求意见稿二） ，2003 年 12 月 31 日前投运或通 过审批的机组 NOx 排放浓度不大于 200mg/Nm3， 之后的现役或新建机组 NOx 排放浓度不大于 100mg/Nm3，此外，重点区域燃煤电站锅炉的 NOx 排放限值也将执行 100mg/Nm3的排放标准1。 按照这一要求，国内绝大多数火电厂均需加装 SCR 烟气脱硝装置。据不完全统计，截止 2011 年 4 月，国内建成、在建及签订合同拟建的 SCR 装 置
6、总计 520 多台，均采用高灰型布置型式，脱硝 效率约 5090%，NOx 排放浓度最低约50mg/Nm3，SCR 装置作为主机的一部分，对机组 的安全经济运行至关重要。 烟气脱硝 SCR 装置在设计阶段通常会进行 CFD 流畅模拟和物理模型试验对烟道内的流场进 行优化，以保证 SCR 入口截面的烟气流速和 NOx 分布较为均匀。但往往由于现场空间限制或安装 等因素影响，加上调试阶段对喷氨格栅的优化调 整重视不够，实际运行过程中出现 SCR 出口截面 NOx 分布偏差大，部分区域氨逃逸超过设计保证 值（3L/L）的现象。这会影响系统整体的脱硝效 果，并会增加空预器的硫酸氢铵腐蚀和堵塞风险， 给
7、系统的经济稳定运行带来很大的危害。因此,十 分有必要对 SCR 装置进行喷氨优化调整，即通过 调整 SCR 入口每根喷氨支管上的手动调阀，改变 不同位置的喷氨量，从而改善出口 NOx 和 NH3 分布的均匀性，在保证装置脱硝效果的同时, 减少 装置的运行成本, 提高装置的可用率2。 国内某 300MW 机组的 SCR 烟气脱硝装置于 2006 年 4 月投入运行，于 2010 年 5 月加装了备用 层催化剂，至今已运行五年多，期间没有进行过 喷氨优化调整。为确保机组在不同负荷下较高的 脱硝效果，避免反应器出口截面局部区域氨逃逸 浓度过大，对下游空预器等设备带来不利影响， 特对 SCR 脱硝装置
8、进行了喷氨优化调整，并在优 化调整基础上进行了最大脱硝效率试验。通过 AIG 喷氨优化调整，反应器出口截面的 NOx 分布 均匀性得到了明显改善，最大脱硝效率约提高了 约 8 个百分点。文章是对此项工作的总结，希望 能促进电厂对 SCR 装置喷氨优化的重视，提高脱 硝装置的安全和经济运行。1 设备概况SCR 装置采取高尘型工艺，沿锅炉中心线对 称布置两个反应器，反应器内按“2+1”模式布置 蜂窝式催化剂（初装 2 层、预留 1 层） ，备用催化 剂设置在最下层。每层催化剂上方设 3 只耙式蒸 汽吹灰器，以保持催化剂表面清洁。SCR 装置内， 沿烟气流向在烟道不同位置设导流板、静态混合器和整流器
9、等装置使进入催化剂上方的烟气流场 均匀，具体布置见图 1。来自公用系统的氨与稀释 风混合后经喷氨格栅（AIG）进入 SCR 烟道，氨 喷射采用格栅式小喷嘴，在入口水平直段烟道截 面上，从顶部将 9 根支管伸入烟道，每根支管设 手动蝶阀，实现烟道截面上的氨喷射流量分区控 制。图 1 SCR 系统布置图 Fig.1 Layout of the SCR systemSCR 装置按入口 NOx 浓度 450mg/Nm3、60% 脱硝效率设计，并于 2010 年 5 月加装了备用层催 化剂了。根据 2010 年 8 月 SCR 装置加装备用层催 化剂后的性能考核结果，出口氨逃逸达到 3L/L 时，SCR
10、 装置的最大脱硝效率约 80%3。2 喷氨优化的实践在 2011 年 6 月，对 SCR 装置进行了摸底测试、 喷氨格栅优化调整、优化后的低负荷校核试验及 最大脱硝效率等现场试验。2.1 摸底测试 在机组 300MW 负荷下，对 SCR 装置的效率、 氨逃逸浓度和出口 NOx 分布进行了测试，初步评 估脱硝装置的效率和氨喷射流量分配状况。出口 NOx 的分布见图 3，其中 A 侧反应器出口截面 NOx 浓度最大值为 158mg/Nm3，最小值只有 39mg/Nm3，反应器出口截面 NOx 分布相对标准偏 差为 39%；B 侧反应器出口截面 NOx 浓度最大值 为 130mg/Nm3，最小值只有
11、 5mg/Nm3，反应器出 口截面 NOx 分布相对标准偏差为 51%，两侧平均 相对标准偏差约 45%。反应器出口 NOx 浓度分布 均匀性差，尤其沿反应器宽度方向（反应器外侧 至锅炉中心线）NOx 分布呈外侧高内侧低的趋势。图 2 优化调整前的 NOx 分布 Fig.2 NOx distribution before optimization摸底测试期间，对 SCR 装置的脱硝效率和出 口氨逃逸也进行了测试，系统在 63.6%脱硝效率下 对应氨逃逸浓度为 1.70L/L。由于喷氨格栅不同 支管喷氨量不平衡，反应器出口截面上存在局部 氨逃逸浓度过大的现象（图 3） ，峰值为 4.6L/L，
12、超过设计保证值的 3L/L。因此，有必要对 SCR 装置的 AIG 喷氨格栅进行优化调整，即需要减小 内侧格栅喷氨量，增加外侧格栅喷量。0.51.01.31.72.81.84.62.71.41.11.00.70.01.02.03.04.05.0A-1 A-2 A-6 A-7 A-9A- 10B- 10B-9 B-7 B-6 B-2 B-1反应器出口氨取样点氨逃逸浓度（L/L）图 3 优化调整前的氨逃逸 Fig.3 Ammonia slip before optimization2.2 喷氨优化调整 在 300MW 负荷下，根据摸底测试的 SCR 出 口截面 NOx 浓度分布结果，对反应器入口水
13、平烟 道上 AIG 喷氨格栅不同支管的手动阀开度进行调 节。经多次喷氨量调整，反应器宽度方向 NOx 分 布外侧高内侧低的趋势得以扭转（图 4） ，两个反 应器出口截面的 NOx 分布均匀性得到了明显改善， A 侧的 NOx 分布相对标准偏差为 13%，B 侧为 8%， 两侧平均相对标准偏差约 11%，优化调整后的 NOx 分布见图 5。050100150A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10反应器A宽度方向测孔深度方向列平均值 （mg/Nm3）优化前优化后050100150B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10反应器B宽度方向测孔深度方向列平均值 （mg/Nm3）优
14、化前优化后图 4 优化调整前后宽度方向 NOx 分布 Fig.4 NOx distribution in the with direction before and after optimization图 5 优化调整后的 NOx 分布 Fig.5 NOx distribution after optimization根据不同脱硝效率下催化剂后 NOx 浓度场的 不均匀性对催化剂寿命影响（图 6）规律可以看出， 浓度偏差减小可明显延长催化剂的使用寿命。针 对该 300MW 机组，经喷氨优化调整后，SCR 出 口的 NOx 分布相对标准偏差由 45%降低到约 10%，可以使催化剂使用寿命延长 1
15、/4 以上。按照 催化剂设计寿命 24000h，通过优化调整可以使催 化剂多使用约一年，机组可节省更换催化剂的运 行费用超过 100 万元/年。图 6 NOx 分布均匀性对催化剂寿命的影响 Fig.6 The affection of NOx distribution to catalyst life 2.3 校核试验 喷氨优化调整后，SCR 出口的 NOx 分布在 300MW 负荷下结果较好，为进一步验证部分负荷 下反应器出口 NOx 分布情况，又在 160MW 负荷 下对出口 NOx 分布进行了测试，结果见图 7。图 7 优化调整后的 NOx 分布(160MW) Fig.7 NOx dis
16、tribution after optimization (160MW)在 160MW 负荷下，A 侧反应器出口截面 NOx 分布相对标准偏差为 8%；B 侧为 12%，两侧 平均相对标准偏差约 10%。 喷氨优化调整后，在 300MW 负荷下测量出口 NOx 分布的同时对 SCR 装置的脱硝效率和氨逃逸也进行了测试，结果见表 1。平均脱硝效率为 65.2%时 对应的氨逃逸浓度为 0.98L/L。经过喷氨优化调 整，同等脱硝效率下的氨逃逸有较大幅度减小， 300MW 负荷下，设计脱硝效率下的氨逃逸浓度由 调整前的 1.70L/L 减小到 0.98L/L，可减少还原 剂耗量。 喷氨优化调整后，反应器出口截面氨逃逸浓 度峰值减小（图 8） ，最大氨逃逸浓度仅为 1.4L/L，未出现超出设计值 3L/L 的现象。表 1 优化调整前后的脱硝效率和氨逃逸 De-NOx efficiency and ammonia slip before and after optimization项目单位优化前优化后 SCR 反应器-ABA
