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SCR脱硝超低排放工程改造及性能评价

2020-11-17

化工设计通讯 2020年11期
关键词:燃煤反应器入口

韩 晨

(北京国电龙源环保工程有限公司,北京 100039)

氮氧化物(NOx)作为大气主要污染物之一,会导致光化学污染、酸雨、臭氧层破坏以及温室效应等环境问题,并威胁人类身体健康[1—2]。为了使燃煤电厂氮氧化物的排放得到有效控制,国家环保部、发改委和能源局于2015年12月联合发布了《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》,要求所有具备改造条件的燃煤电厂到2020年底力争实现超低排放,即氮氧化物排放浓度不高于50mg/m3(基准氧含量6%条件下)。目前国内很多燃煤机组都面临着脱硝超低排放工程改造的问题。

1 研究对象及内容

本文以某电厂660MW 机组为研究对象。该机组脱硝装置采用SCR 工艺,还原剂采用液氨蒸发方案。超低排放改造前,在设计煤种及校核煤种、锅炉最大工况(boiler maximum working condition,BMCR)、处理100%烟气量的条件下,脱硝系统运行时入口处NOx含量600mg/m3,出口处NOx含量不大于100mg/m3,脱硝效率不小于87%,未达到超低排放标准。

该燃煤机组进行脱硝超低排放改造,对改造完成后的SCR 脱硝超低排放工程进行评估,在100%、75%及50%三个负荷工况下,对整个脱硝设备进行超低排放性能评价分析。

2 性能评估方法

分别在100%、75%及50%三个负荷工况下,用网格法测量SCR 反应器出入口NOx浓度、烟气流速、烟气温度及反应器出口氨逃逸的浓度分布。要求改造完成后,SCR 脱硝反应器出口处烟气的NOx含量不大于45mg/m3,氨逃逸浓度不大于3×10-6。

主要测试仪器如表1所示。

表1 主要测试仪器

3 研究结果及分析

机组超低排放改造完成后,分别在100%、75%及50%三个负荷工况下,测得SCR 脱硝装置反应器出入口NOx浓度值、烟气温度和烟气流速,以及出口氨逃逸浓度值及偏差比较如表3所示[3]。

表2 SCR脱硝装置反应器出入口烟气参数及偏差比较

三个工况下SCR 脱硝装置反应器出入口NOx浓度分布如图1所示,d 为测试深度。从图1可以看出:脱硝装置出口NOx 浓度总体分布较为均匀。高负荷下(660MW 与510MW)SCR 入口NOx浓度较高,平均值大于200×10-6(410mg/m3);出口浓度最大值为21×10-6(约43.05mg/m3),低于超低排放限值50mg/m3,达到了超低排放的标准。满负荷下SCR 装置的脱硝效率可达到92.2%,相比于改造之前(87%)得到了显著的改善。

图1 改造后SCR脱硝装置反应器出入口NOx浓度分布

反应SCR 脱硝装置性能水平的另一重要参数是出口氨逃逸浓度,其值主要取决于脱硝反应器内喷氨流量分配、催化剂性能等因素,及其速度、温度场[4]。机组在超低排放改造后SCR 出口氨逃逸浓度如图2所示,d 为测试深度。从图2可以看出,改造完成后,SCR 脱硝装置反应器出口氨逃逸浓度较低,最大工况下出口NOx浓度值均小于3×10-6,满足设计要求。

三个工况下脱硝装置出入口烟气温度总体较高,低负荷时(50%负荷)基本能达到340℃,保证了脱硝装置的稳定运行。脱硝装置出入口烟气温度分布较为均匀,均小于最大绝对偏差10℃。

图2 改造后SCR脱硝装置反应器出口氨逃逸浓度

三个工况下脱硝装置入口烟气流速分布略有不均,相比于改造前有较大改善;而反应器出口烟气流速分布比较均匀,总体优于入口值。这表明了SCR 反应器内部流场设计合理,对入口烟气流速具有较好的调节作用。

4 结论及建议

本文以某电厂660MW 机组为研究对象,针对该燃煤机组进行了SCR 脱硝装置的流场优化设计改造,并有如下结论:

1)高负荷工况下,机组脱硝入口氮氧化物浓度较高,大于400mg/m3。建议对低氮燃烧器进行优化调整,同时优化锅炉燃烧方式(如二次风挡板开度、磨煤机运行方式等),降低锅炉燃烧氮氧化物的生成;

2)脱硝装置出口NOx浓度总体分布较为均匀,三个工况下SCR 出口NOx浓度最高为21×10-6(约43.05mg/m3),满足超低排放标准;脱硝效率也相比于改造之前得到了显著的提高(92.2%vs.87%)。

3)脱硝装置氨逃逸浓度值较低,满足氨逃逸小于3×10-6的设计要求;

4)脱硝装置出入口烟气温度分布较为均匀,均小于最大绝对偏差10℃。

5)脱硝反应器出口烟气流速分布优于入口烟气流速分布,表明装置流场入口烟气流速具有较好的调节作用。

6)机组在满负荷下运行测得SCR 脱硝装置阻力与流场模拟结果相当,证明了模型的可靠性。

以上结果均说明,使用流场优化对SCR 脱硝装置进行提效改造,可以显著提升装置的脱硝效率,达到超低排放的标准。

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