SCR对脱硝效率及SO2转化率影响分析-SCR脱硝效率影Word文档下载推荐.doc

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500

飞灰浓度

g/Nm3

23

NOx

mg/Nm3

≤450（max600）

干基、6%O2

SCR性参数

NOx（干基）

180（首期）45（远期）

脱硝效率

60（首期）90（远期）

100%ECR

NH3逃逸

≤3

干基，6%O2Vol.

SO2/SO3转化率

≤1

系统阻力

Pa

≤1000

喷氨的均匀性是保证良好脱硝效率及减少氨逃逸率的关键，为保证喷氨的均匀性，每个SCR反应器设有9×

3根伸入烟道的注氨支管，每根支管上有10个不锈钢喷头，即27根注氨支管与270个喷嘴组成了注氨格栅（AIG）（见图1注氨格栅示意图），均匀地分布在SCR进口侧烟道的截面上。

另外，在注氨支管上设置了流量调节阀、节流孔以及差压计，用于调整注入氨量的均匀性。

图1注氨格栅（AIG）示意图

氨管

调节阀

流量计

烟道

喷嘴

1.1.2NOx与O2浓度测量

此外，每个试验工况都采集了入炉煤和飞灰（空预器出口撞击灰）样品。

在每台SCR反应器的进口和出口烟道截面，采用等截面网格法（进口7×

4，出口5×

4）布置烟气取样点（图2），分析各采样点烟气中的NO与O2含量，从而获得烟道截面的NO与O2分布，并计算每台反应器的脱硝效率。

每台SCR反应器的进出口均已安装了NO和O2浓度在线分析仪，通过测量烟道截面的NO与O2浓度分布，可找出在线监测分析仪的显示值与实际NO与O2浓度之间的关系，以此来连续监测每个试验工况期间的脱硝效率波动。

空预器

省煤器

第一层催化剂

备用层

SO2、SO3

NO及O2

取样点

注氨

NO、O2

图2NO与O2浓度的采样点

采样泵1

采样泵2

过滤器

冷凝器

预过滤器

蠕动泵

混合器

取样管

烟气中的NO浓度的测量参考美国EPA－7E标准。

采用ROSEMOUNT公司的NGA2000型烟气分析仪逐点测量。

首先用不锈钢管将烟气引出至烟道外，然后经过水洗除尘、除氨器除氨、烟气预处理装置清洁、除湿、冷却，最后接入NGA2000型烟气分析仪进行分析。

NOx取样与分析系统见图3。

每个试验工况结束后，根据各取样点的NO与O2浓度，将NO修正到6%氧量下，加上5%NO2，可获得各取样点的NOx浓度。

图3NO和O2的取样分析系统

1.1.3NH3逃逸测量

烟气中气态氨的样品采集执行美国EPACTM027标准，图4是样品采集系统的示意图，用硫酸溶液作为氨的吸收液，用离子色谱仪进行浓度分析。

采样点位于SCR反应器出口水平烟道，每侧5个取样孔。

引风机

加热器

300℃

H2SO4

烟气流量计

图4烟气中的NH3取样系统

1.1.4SO2/SO3转化率

在脱硝反应器的进出口烟道同时测量SO2和SO3浓度，可获得烟气通过SCR反应器后的SO2/SO3转化率。

在每台反应器的入口水平烟道选择两个烟气取样孔，采用图4－5所示系统同时采集SO2与SO3样品；

在反应器出口水平烟道选取两个烟气取样孔，也采用图5所示系统采集SO3样品。

用离子色谱仪分析所采集样品中的硫酸根离子浓度，可折算出烟气中的SO2、SO3浓度。

SO2/SO3转化率的计算公式如下：

………………

（1）

式中：

－SO2/SO3转化率，%；

－SCR反应器出口的SO3平均浓度，µ

L/L@6%O2；

－SCR反应器入口的SO3平均浓度，µ

－SCR反应器入口的SO2平均浓度，µ

L/L@6%O2。

采样加热到260℃

石英棉

冷凝管

烟气

采样器

干燥器

冰槽

75℃

吸收瓶

图5SO2/SO3采样系统示意图

1.2结果与讨论

1.2.1测试结果

1.2.1.1SCR进出口NOx浓度测试

SCR装置的脱硝效率试验时的脱硝效率设定值、喷氨量、SCR反应器进出口的实测NOx浓度见表2。

SCR脱硝效率（DCS）设定值为60.7~63.9%，实际脱硝效率约为70.51~74.64%。

表2锅炉的脱硝效率

300MW工况下反应器

SCR反应器

B

A

设定脱硝效率（DCS）

60.7

63.9

喷氨量－DCS

113.7

92.4

入口NOx@6%O2（DCS）

412.5

438.5

出口NOx@6%O2（DCS

185.5

233.1

实测入口NOx@6%O2

429.4

423.7

实测出口NOx@6%O2

122.7

128.8

实际脱硝效率

71.43

69.6

平均脱硝效率

70.51

备注：

DCS显示的NOx@6%O2为NO的质量浓度，本表中数据已经转换成NO2的浓度。

1.2.1.2SCR进口NOX浓度分布

表3SCR-A反应器进口NOX浓度分布

NOx-mg/Nm3

@6%O2

A反应器进口

1

2

3

5

6

7

395.2

398.2

406.0

412.8

428.1

448.2

496.9

386.6

382.7

398.6

405.3

464.8

480.4

507.3

372.9

392.3

413.9

439.4

462.9

488.7

498.6

304.8

344.7

429.7

424.8

450.6

460.3

492.5

最大

最小

平均值

入口分布标准偏差

11.5

表4SCR-B反应器进口NOX浓度分布

B反应器进口

477.5

463.2

472.9

449.3

448.0

464.9

450.4

493.3

468.4

458.9

471.8

424.9

445.1

446.7

507.1

473.3

489.4

496.5

451.5

443.1

412.4

511.2

509.1

474.9

471.0

451.0

449.2

465.0

5.3

1.2.1.3SCR出口NOX浓度分布（以B反应器为例，分别测出调整前后偏差值）

表5SCR-A反应器出口NOX浓度分布（调整后）

A反应器出口

132.1

152.8

160.0

141.2

176.7

133.5

155.0

160.9

170.9

148.4

127.5

145.5

148.8

143.9

142.1

171.4

162.9

179.1

181.2

191.7

156.3

出口分布标准偏差

63.5

表6SCR-B反应器出口NOX浓度分布（调整前）

B反应器出口

188.0

208.3

220.0

134.4

35.1

196.8

240.8

247.4

125.1

38.0

183.5

228.3

202.0

109.6

44.2

207.5

223.3

253.6

123.5

26.5

161.8

47.4

65.20

表7SCR-B反应器出口NOX浓度分布（调整后）

135.7

172.3

138.0

115.7

122.0

161.1

187.0

140.5

112.0

133.0

159.7

150.2

117.8

103.0

165.7

148.2

181.6

129.1

125.7

142.0

24.39

69.46

1.2.1.4NH3逃逸

烟气中的气态氨逃逸取样在SCR反应器的出口水平烟道，每侧烟道选择5个取样孔。

氨逃逸取样与脱硝效率的测试同时进行，具体测试结果见表6。

选取2个工况对应的氨逃逸分别为2.66µ

L/L和1.62µ

L/L。

表6氨逃逸测试结果（单位：

L/L@6%O2）

反应器B

反应器A

测点

工况

2.66

2.52

1.76

1.34

1.41

1.15

1.10

1.11

1.25

1.89

1.62

1.2.1.5SO2/SO3转化率

SCR反应器进出口烟气中的SO2与SO3测试数据分析结果汇总于表7。

SO2/SO3转化率约为0.29%。

催化剂的设计运行温度为380℃，实测省煤器出口烟气温度只有364℃与348℃，这不仅降低了催化剂的反应活性，而且抑制了烟气通过催化剂时SO2向SO3的转化。

表7SO2/SO3转化率测试结果

反应器

入口温度

入口SO2

入口SO3

出口SO3

SO2/SO3平均值

℃

L/L@6%O2

300MW工况

364

307

0.47

1.79

0.43

0.290

266

0.14

0.54

0.15

1.2.2讨论

综上所述，SCR装置的脱硝效率、氨逃逸及SO2/SO3转化率均达到要求。

最终的性能考核结果汇总于表8。

表8SCR性能考核结果

项目

性能保证值

工况1

负荷

MW

300

301

60

63.35

氨逃逸@6%O2

≤3.0

≤1.0

0.29

催化反应器内的流动场、温度场和反应物浓度分布越均匀，化学反应的效率越有保障，而SCR反应器入口处的流动、温度和反应物浓度的分布的均匀性更是显得尤为重要，因为入口处的状况将影响SCR的整体性能。

为了更加清楚的分析SCR反应器的运行特性，参照锅炉性能试验的方法在SCR进出口的烟道取24个测点测量其局部的烟气流速、氧量、温度、NOx含量等等，按算术平均值（如下式4-4）计算出其截面参数的平均值[1]用表示。

所有空间点上Xi的均方差用σ表示，流动速度、温度和反应物浓度等物理量的不均匀度常用偏差Cv（coefficientofvariation）来表述参数在烟道截面的均匀程度[2][3]，则有：

…………………

（2）

…………….（3）

………………（4）

高性能指标的SCR系统，主要是指氨的低逃逸率和NOx的高脱除率，要求结构设计能够保证获得流动场、温度场和反应物浓度场的相应均匀程度。

1.2.2.1脱硝效率

对SCR系统的性能考核标准主要集中在脱硝率以及出口NOx的浓度偏差系数Cv两个指标上。

从试验结果可看出，其反应器的平均脱硝率为64.35％，脱硝效率性能指标满足首期≥60%要求。

1.2.2.2出口NOX分布调节

从SCR出口NOX浓度数据可知，B反应器出口NOx的浓度分布不均匀，如图6，其Cv达到47.4%，超过了30％，不能达到国家规定的项目达标要求，为此特调节供应管道上的手动节流阀以得到比较均匀的出口NOx的浓度分布。

每个反应器各有9根供应支管，每根支管上面有3个喷嘴，共27个喷嘴，这27个喷嘴组成了右半部分和左半部分双层喷射面。

在SCR系统运行初始时的所有氨的喷射支管上的流量孔板都在中间位置，测得此时各管的压差数值。

在初始工况，各喷氨支管的手动节流阀都在中间位置。

在此工况下，左右墙各支管的氨流量基本相等，前墙各支管的氨流量也基本相同，即两层喷射格栅的喷氨量基本均匀。

在考虑了反应器入口的烟气流速分布之后，我们认为B1、B2处烟气流速过小使得该处的氨氮比远高于其他位置，造成出口NOx浓度偏差过大的主要原因。

因此需要降低该处的喷氨量，将该处支管的手动节流阀减小，而在此工况下出口NOx的浓度偏差的到明显下降（如图6），此时NOx的浓度偏差系数Cv降到24.39%，达到项目验收标准。

图5SCR-A反应器出口NOX浓度偏差

图6B-SCR出口浓度偏差（调整前后）

1.2.2.3NH3逃逸率

从试验结果看，试验工况下，氨逃逸@6%O2为1.62µ

L/L，小于性能保证值3µ

SCR反应器内的催化剂按照“2＋1”模式布置，初装2层。

催化剂的性能保证期为20000小时，在性能保证到期时的脱硝效率与氨逃逸分别为60%与3µ

催化剂活性的惰化、催化剂小孔的堵塞、烟气流速及NH3/NO分布不均匀等对脱硝性能均有影响，为了弥补这些因素的影响，国外在初装催化剂时一般会预留30~50%裕量。

因此在性能考核试验时，氨的逃逸较小。

本工程两台锅炉的脱硝装置通烟气时间已经超过一年，这会导致催化剂活性有一定程度的降低，并增加氨的逃逸。

1.2.2.4SO2转化率

因SCR反应器入口烟气温度远低于设计值，致使SO2/SO3转化率相对较低，从试验结果来看，SO2/SO3转化率仅为0.29%，小于性能保证值1.0%µ

SCR脱硝反应发生在含有SO2的烟气中，SO2会在催化剂的作用下被氧化成SO3。

这一反应对于SCR脱硝反应而言是非常不利的。

因为SO3可以和烟气中的水以及NH3反应，从而生成硫酸氨和硫酸氢氨。

而这些硫酸盐（尤其是硫酸氢氨）可以沉积并集聚在催化剂表面。

在温度为200~290℃的范围内，烟气中的氨与SO3和H2O反应生成硫酸氢氨（NH4HSO4）：

NH3+SO3+H2O=NH4HSO4。

。

（5）

为防止这一现象的发生，SCR反应的温度至少要高于300℃。

而从测试SCR入口的烟温均在300℃以上，其转化率较小。

速度场、温度场和NH3/NOx摩尔比分布的不均匀性，对不同设计脱硝率的影响是不一样的，当要求脱硝率高的时候，速度场、温度场和NH3/NOx摩尔比分布的均匀度要求也高。

一般来讲，仅仅保证在额定运行状态下达到均匀度要求是比较容易做到的，而为了能够使所有的运行状态都能达到最佳的结果，则要困难得多，只有采取一系列综合措施才行。

这些措施通常包括氨喷射截面上流动的调整、相连管道中流动的调整以及反应器入口处流动的调整。

当火电厂SCR装置投运之后，为保持SCR装置高效、经济、安全的运行，对喷氨格栅的调整、催化剂的管理和控制氨逃逸量就将成为火电厂主要的工作。

1.3小结

（1）、SCR系统的性能考核标准主要集中在脱硝率以及出口NOx的浓度偏差系数Cv两个指标上，虽然SCR脱硝效率达到性能要求，但往往在调试初期NOx的浓度偏差系数Cv过大，甚至随运行时间Cv也可能会变大，调试时可通过调整各喷氨支管的手动节流阀进行细调，使出口NOx浓度控制在合格偏差之内。

（2）、控制氨逃逸对锅炉安全经济运行非常重要，氨逃逸率增加，一方面氨的运行成本增大，另一方面逃逸氨与SO3和H2O反应生成硫酸氢氨（NH4HSO4）机会增加，易造成锅炉后续设备积灰、堵塞等。

（3）、提高脱硝率可能会造成氨逃逸的增加，在保证脱硝率达到要求时，同时要控制氨逃逸的要求。

（4）、SCR反应器入口烟气温度低，致使SO2/SO3转化率相对较低，但在温度低至200~290℃的范围内，烟气中的氨与SO3和H2O反应生成硫酸氢氨（NH4HSO4），因此运行中，重视SO2/SO3转化率同时，注重保证SCR入口烟温在合格范围内，温度过高或过低都不可取。

参考文献：

[1]岑可法.锅炉燃烧试验研究方法及测量技术[M].水利电力出版社，北京，1995

[2]K.J.Rogers,P.S.Nolan.SCRReactorPerformanceProfilingandResultsAnalysis[C].

TheU.S.EPA/DOE/EPRICombinedPowerPlantAirPollutantControlSymposium,August

20-23,2001

[3]A.N.Sayre，M.G.Milobowski，ValidationofNumericalModelsofFlowThroughSCR

Units[C].EPRI-DOE-EPACombinedUtilityAirPollutantControlSymposium.August

16-20,1999