燃煤电厂SCR脱硝系统烟气流场分布不均匀性研究及解决方案

邱家煜

摘 要：针对600MW燃煤机组超低排放改造后SCR脱硝系统烟气流场分布不均匀影响脱硝的效率，造成喷氨量大，氨逃逸严重，加剧空预器蓄热元件的堵塞，甚至损坏的问题，进行了专业性能测定。通过测量烟气NOx浓度场、速度场和氨逃逸浓度，并对数据进行了分析。分析结果显示，SCR脱硝系统烟气流场分布和速度场不均匀性影响SCR出口NOx均匀性，并对此所引起的问题作出调节和系统改进，以减少氨逃逸浓度和解决烟气流场分布不均匀问题。

关键词：超低排放改造;SCR脱硝反应器;烟气流场;氨逃逸

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

0 引言

我国目前烟气脱硝工艺基本采用选择性催化还原（SCR）方法，该方法是目前最成熟的烟气脱硝技术，它是一种炉后脱硝方法，作为环境保护部氮氧化物防治技术政策中的推荐工艺，其具有脱硝效率高、技术成熟可靠、适用范围广等优点。目前全国火电机组超低排放改造已进入集中投运期，而大部分机组在原设计上没有预留脱硝装置安装空间，在改造投运后，改造当中隐藏的问题也逐渐显现。SCR烟气脱硝装置普遍存在烟气流场分布不均匀的问题，主要体现在反应器内首层催化剂入口面烟气流场不均匀，造成脱硝率降低、反应器出口氨逃逸量上升，致使下游的空气预热器易出现硫酸铵盐堵塞等现象。因此以某厂2×600MW机组超低排放改造后SCR脱硝系统存在的烟气流场分布不均匀的问题展开了研究改造和调整试验，以实现改造后SCR烟气脱硝系统烟气流场分布均匀及降低氨逃逸率的目的。

1 设备简介及SCR脱硝反应器性能现状

（1） 某厂2×600MW机组锅炉是超临界参数变压直流炉，为东方锅炉厂生产的单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、悬吊结构π型锅炉。为满足新环保标准要求，1、2号机组进行超低排放改造，采用选择性催化还原烟气脱硝（SCR）工艺。

（2）SCR脱硝反应器进、出口NOx浓度的分布。经过SCR脱硝反应器性能摸底数据表1中数据可知：A、B侧反应器进口烟道的NOx分布比较均匀，而出口的NOx分布非常不均匀，A侧和B侧的相对标准偏差分别高达89.6%和91.3%，脱硝率差距达到12%。反应器出口NOx浓度分布呈靠近炉前区域的NOx浓度较高而炉后区域的NOx浓度极低的规律。

（3）SCR脱硝反应器烟气流场分布。反应器进口烟气流场取样点一处在喷氨格栅前的上升烟道截面，另一处为催化剂前的下降烟道进行了测量。从表2、图2和图3中的数据可知：上升烟道的流速分布十分不均匀，炉前侧流速低，炉后侧流速高，甚至在炉前侧出现了负流速;下降烟道的流速沿炉前向炉后递减，炉前流速较炉后高15%。反应器进口流场与出口NOx分布存在明显的对应关系。反应器进口NOx分布及喷氨量基本均匀，反应器出口NOx分布的不均匀主要是由于入口的烟气流场不均匀导致。

（4）SCR脱硝反应器性能摸底结论。A、B侧反应器出口的NOx分布非常不均匀，出口靠近炉前区域的NOx浓度较高而炉后区域的NOx浓度极低，且两个反应器的规律基本一致。反应器进口的烟气流场测试结果表明，出口NOx分布的不均匀主要是由于入口的烟气流场不均匀导致，脱硝率的偏差情况和流场的偏差情况是吻合的，所以SCR反应器烟气流场不均匀的主要问题出现在入口上升段。

（5）SCR脱硝反应器NOx分布不均的危害。反应器NOx浓度分布不均，会导致催化剂寿命损耗不一，同时增加逃逸氨浓度，反应器出口逃逸氨量越大，所生成的硫酸氢铵（NH4HSO4）就越多，严重会对下游的空预器造成堵塞，危害机组安全稳定运行。直接影响喷氨量的控制，容易造成过量喷氨或喷氨不足，增加逃逸氨浓度或脱硝效率下降。所以解决SCR反应器入口上升段烟气流场不均匀问题势在必行。

2 SCR脱硝反应器入口烟气流场均匀化改造及喷氨优化调整

（1） SCR脱硝反应器入口烟气流场改造方案。对于超低排放改造所增加的脱硝装置，保证脱硝反应器中催化剂入口截面气体速度和反应物分布的均匀性极为重要。运行中脱硝效率未达到标、氨逃逸率超限以及催化剂积灰等问题往往是由于反应器入口烟气流场分布不均所导致。本次解决方案是通过使用CFD全流程仿真，在不改变现有烟道导流板的前提下反应器入口流场改造，图4为CFD全流程仿真煙气云图。改造方案是在反应器入口底部烟道和第一直弯增设三角形挡灰条和4片导流板（如图4中红色方框所标示），从而达到调理喷氨格栅入口的烟气速度分布均匀度、提高飞灰颗粒分布均匀度。CFD流程仿真显示，喷氨格栅上游0.2m处烟气速度分布相对标准差为9.62%，最高速度为18.40m/s。催化剂入口上方0.2m处的烟气速度分布相对标准差为6.67%，最高速度为5.23m/s。进一步研究表明，非均匀喷氨优化设计方案使催化剂入口上方0.2m处的氨浓度分布CV（相对标准差）达到4.04%。

（2）SCR脱硝反应器入口烟道流场改造实施及验收结果。针对上述SCR反应器脱硝性能摸底结果，某厂2×600MW机组分别于2018年实施了反应器入口烟气流场分布均匀性改造和更换了喷氨支管的调节阀门，并于当年10月份进行了改造结果性能验收，验收结果显示，高中低负荷下，反应器入口流场分布均匀，氨逃逸率达标，改造成效明显。

（3）SCR脱硝反应器喷氨优化调整成果。喷氨优化调整过程经过多轮高中低负荷下优化调整，A反应器出口NOx分布CV从31.8%降低到了10.9%，B反应器出口NOx分布CV从61.9%降低到19.8%。A、B反应器出口的NOx分布均匀性保持良好，A侧相对标准偏差CV在10.9%～27.9%之间变化;B侧相对标准偏差CV在19.86%～33.03%之间变化，300MW负荷下B侧均匀性略差（CV=33.03%）。

3 结论

从上述的验收结果中可以得知，在经过SCR脱硝反应器入口烟气流场分布改造和喷氨优化调整后，SCR脱硝反应器入口NOx分布、入口烟气流场分布、出口NOx分布在高中低负荷下分布均匀，反应器出口氨逃逸率达标。本次对反应器入口烟气流场上升段的改造，明显的改善了脱硝催化剂入口烟气流场分布，均衡脱硝催化剂使用寿命，对同类型机组SCR脱硝反应器入口烟气流场分布不均匀改造具有借鉴意义和重要影响。

参考文献：

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[4]王加勇，何布朗，卞振江，邬平.660MW机组脱硝系统性能综合优化分析研究[J].电力与能源，2018，39（01）.

作者简介：邱家煜（1983-），男，广东惠来人，本科，工程师，主要从事火力发电厂锅炉设备检修管理工作。