SCR對脫硝效率及SO2轉(zhuǎn)化率影響分析-SCR脫硝效率影

1、SCR對脫硝效率及SO2轉(zhuǎn)化率影響分析-SCR脫硝效率影王杭州（廈門華夏電力公司，廈門，361026）摘要：本文通過300MW機(jī)組脫硝的性能試驗,測試SCR脫硝效率及NOX濃度及其分布試X驗以及對SO2轉(zhuǎn)化成SO3影響進(jìn)行測試分析，探討與分析煙氣脫硝工程性能試驗所采用的方法、手段及評價依據(jù)，為日益增多的煙氣脫硝系統(tǒng)提供性能試驗的技術(shù)借鑒與實踐參考關(guān)鍵詞：性能試驗；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，運行成本高

2、，因此，對SCR系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場性能分析研究對于SCR系統(tǒng)內(nèi)流體流動、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SO2的轉(zhuǎn)化率的程度等，對整套SCR系統(tǒng)的科學(xué)與經(jīng)濟(jì)運行有著重要的促進(jìn)作用。本文通過300MW機(jī)組脫硝的性能試驗，測試SCR脫硝效率及NO濃度及其分布試驗以及對SO2轉(zhuǎn)化X2成SO3影響進(jìn)行測試分析，探討與分析煙氣脫硝工程性能試驗所采用的方法、手段及評價依據(jù)，為日益增多的煙氣脫硝系統(tǒng)提供性能試驗的技術(shù)借鑒與實踐參考。

3、1.1 樣品的采集與測試測試方法總體描述為：在每臺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，出口20點）逐點采集煙氣樣品，用NGA2000多功能分析儀測量煙氣中的NO與O2,以此來獲得每臺反應(yīng)器的脫硝效率。為了分析煙氣通過催化劑后的SO2/SO3轉(zhuǎn)化率，需要用化學(xué)法在省煤器出口和SCR反應(yīng)器出口煙道同時采集煙氣樣品，以分析SO2與SO3濃度。通過在每臺反應(yīng)器出口5點煙氣取樣，來分析煙氣中的氨逃逸濃度。1.1.1 SCR設(shè)計參數(shù)每臺鍋爐配備兩臺三分倉容克式空氣預(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)計安裝了兩臺高灰型SCR煙氣脫硝裝置。脫硝反應(yīng)器采用“2

4、+1”的催化劑布置模式，初裝兩層美國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)，每臺反應(yīng)器設(shè)置9只手動調(diào)節(jié)閥，采用分區(qū)調(diào)節(jié)的方式來控制噴氨后的nh3/nO分布。表1SCR裝置的設(shè)計參數(shù)項目單位數(shù)據(jù)備注煙氣流量t/h1305Nm3/h1010466濕基入口煙O2%4干基氣成分H2O%8濕基SOx卩L/L500干基飛灰濃度g/Nm323NOxmg/Nm3<450(max600)干基、6%O2SCR性NOx（干基）mg/Nm3180（首期）45（遠(yuǎn)期）參數(shù)脫硝效率%60（首期）90（

5、遠(yuǎn)期）100%ECRnh3逃逸卩L/L<3干基，6%O2Vol.so2/so3轉(zhuǎn)化率%<1系統(tǒng)阻力Pa<1000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SCR反應(yīng)器設(shè)有9X3根伸入煙道的注氨支管，每根支管上有10個不銹鋼噴頭，即27根注氨支管與270個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SCR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，用于調(diào)整注入氨量的均勻性。圖1注氨格柵（AIG）示意圖調(diào)節(jié)閥-流量計1.1.2 NOx與O2濃度測量在每臺SCR反應(yīng)器的進(jìn)出口煙道截面上，采用網(wǎng)格法

6、（進(jìn)口28點，出口20點）逐點采集煙氣樣品，用NGA2000多功能分析儀測量煙氣中的NO與O2,以此來獲得每臺反應(yīng)器的脫硝效率。為了分析煙氣通過催化劑后的so2/so3轉(zhuǎn)化率，需要用化學(xué)法在省煤器出口和SCR反應(yīng)器出口煙道同時采集煙氣樣品，以分析SO2與SO3濃度。此外，每個試驗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7X4，出口5X4）布置煙氣取樣點（圖2），分析各采樣點煙氣中的NO與O2含量，從而獲得煙道截面的NO與O2分布，并計算每臺反應(yīng)器的脫硝效率。每臺SCR反應(yīng)器的進(jìn)出口均已安裝了NO和O2濃度在線分析儀，通過測

7、量煙道截面的NO與O2濃度分布，可找出在線監(jiān)測分析儀的顯示值與實際NO與O2濃度之間的關(guān)系，以此來連續(xù)監(jiān)測每個試驗工況期間的脫硝效率波動。SO?、SO3NO及O2二第-層催化劑注氨L第一層催化劑I備用層NO、O2取樣點空預(yù)器圖2NO與O2濃度的采樣點煙氣中的NO濃度的測量參考美國EPA7E標(biāo)準(zhǔn)。采用ROSEMOUNT公司的NGA2000型煙氣分析儀逐點測量。首先用不銹鋼管將煙氣引出至煙道外，然后經(jīng)過水洗除塵、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取樣與分析系統(tǒng)見圖3。每個試驗工況結(jié)束后，根據(jù)各取樣點的NO與O2濃度，將NO修正到6%氧量下

8、，加上5%NO2，可獲得各取樣點的NOx濃度。W采樣泵1熱需卡黒東說，歩迪迪姻氣分折儻,混合器取樣管預(yù)過濾器冷凝器rO-蠕動泵過濾器采樣泵2圖3NO和O2的取樣分析系統(tǒng)1.1.3 NH3逃逸測量煙氣中氣態(tài)氨的樣品采集執(zhí)行美國EPACTM027標(biāo)準(zhǔn)，圖4是樣品采集系統(tǒng)的示意圖,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。采樣點位于SCR反應(yīng)器出口水平煙道，每側(cè)5個取樣孔。1.1.4SO2/SO3轉(zhuǎn)化率在脫硝反應(yīng)器的進(jìn)出口煙道同時測量SO2和SO3濃度，可獲得煙氣通過SCR反應(yīng)器后的SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。在每臺反應(yīng)器的入口水平煙道選擇兩個煙氣取樣孔，采用圖45所示系統(tǒng)同時采集SO2與SO3

9、樣品；在反應(yīng)器出口水平煙道選取兩個煙氣取樣孔，也采用圖5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，可折算出煙氣中的so2、so3濃度。SO2/SO3轉(zhuǎn)化率的計算公式如下：Kso=Co3'ex-Cso3'加?100%(1)2Cso,in2式中：Kso-SO2/SO3轉(zhuǎn)化率，%；2 23Cso,ex-SCR反應(yīng)器出口的SO3平均濃度，卩L/L6%02；3 32Cso§,in-SCR反應(yīng)器入口的SO3平均濃度，卩L/L6%O2；Cso,in-SCR反應(yīng)器入口的SO2平均濃度，卩L/L6%02。過濾器采樣加熱到260C石英:煙氣75°c采

10、樣器干燥器廠匸收瓶222冰槽§圖5SO2/SO3采樣系統(tǒng)示意圖1.2 結(jié)果與討論1.2.1測試結(jié)果1.2.1.1SCR進(jìn)出口NOx濃度測試SCR裝置的脫硝效率試驗時的脫硝效率設(shè)定值、噴氨量、SCR反應(yīng)器進(jìn)出口的實測NOx濃度見表2。SCR脫硝效率(DCS)設(shè)定值為60.763.9%,實際脫硝效率約為70.5174.64%。表2鍋爐的脫硝效率SCR反應(yīng)器BA設(shè)定脫硝效率（DCS）%60.763.9噴氨量-DCSNm3/h113.792.4入口NOx6%O2（DCS）mg/Nm3412.5438.5出口NOx6%O2（DCSmg/Nm3185.5233.1實測入口NOx6%O2mg/Nm

11、3429.4423.7實測出口NOx6%O2mg/Nm3122.7128.8實際脫硝效率%71.4369.6平均脫硝效率%70.51備注：DCS顯示的N0x6%02為NO的質(zhì)量濃度，本表中數(shù)據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)換成NO2的濃度。1.2.1.2SCR進(jìn)口NOX濃度分布表3SCR-A反應(yīng)器進(jìn)口NOX濃度分布NOx-mg/Nm3A反應(yīng)器進(jìn)口6%O212345671395.2398.2406.0412.8428.1448.2496.92386.6382.7398.6405.3464.8480.4507.33372.9392.3413.9439.4462.9488.7498.64304.8344.7429.7424

12、.8450.6460.3492.5最大507.3最小304.8平均值428.1入口分布標(biāo)準(zhǔn)11.5偏差表4SCR-B反應(yīng)器進(jìn)口NOx濃度分布N0x-mg/Nm3B反應(yīng)器進(jìn)口6%O276543211477.5463.2472.9449.3448.0464.9450.42493.3468.4458.9471.8424.9445.1446.73507.1473.3489.4496.5451.5443.1412.44511.2509.1474.9445.1471.0451.0449.2最大511.2最小412.4平均值465.0入口分布標(biāo)準(zhǔn)5.3偏差偏差1.2.1.3SCR出口NOX濃度分布（以B反應(yīng)

13、器為例，分別測出調(diào)整前后偏差值）表5SCR-A反應(yīng)器出口NOX濃度分布（調(diào)整后）NOx-mg/Nm3A反應(yīng)器出口6%O2123451132.1152.8160.0141.2176.72133.5155.0160.9170.9148.43127.5145.5148.8143.9142.14171.4162.9179.1181.2191.7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6SCR-B反應(yīng)器出口NOX濃度分布（調(diào)整前）N0x-mg/Nm3B反應(yīng)器出口6%O2543211188.0208.3220.0134.435.12196.8240.8247.4125.13

14、8.03183.5228.3202.0109.644.24207.5223.3253.6123.526.5最大253.6最小26.5平均值161.8出口分布標(biāo)準(zhǔn)47.4偏差脫硝效率65.20表7SCR-B反應(yīng)器出口NOX濃度分布（調(diào)整后）B反應(yīng)器出口N0x-mg/Nm3最大191.76%O2543211135.7142.1172.3138.0115.72122.0161.1187.0140.5112.03133.0159.7150.2117.8103.04165.7148.2181.6129.1125.7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

15、.2.1.4NH3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個取樣孔。氨逃逸取樣與脫硝效率的測試同時進(jìn)行，具體測試結(jié)果見表6。選取2個工況對應(yīng)的氨逃逸分別為2.66卩L/L和1.62卩L/L。表6氨逃逸測試結(jié)果（單位：卩L/L6%02）反應(yīng)器B反應(yīng)器A測點1234554321工況2.662.521.761.341.411.151.101.111.251.89平均值1.621.2.1.5SO2/SO3轉(zhuǎn)化率SCR反應(yīng)器進(jìn)出口煙氣中的SO2與SO3測試數(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)計運行溫度為380°C,實測省煤器出口煙

16、氣溫度只有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催化劑時SO2向SO3的轉(zhuǎn)化。表7SO2/SO3轉(zhuǎn)化率測試結(jié)果工況反應(yīng)器入口溫度入口SO2入口SO3出口SO3SO2/SO3轉(zhuǎn)化率SO"平均值單位°C卩L/L6%02卩L/L6%O2卩L/L6%O2%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8。表8SCR性能考核結(jié)果項目單位性能保證值工況1負(fù)荷MW300301脫

17、硝效率%6063.35氨逃逸6%O2卩L/L<3.01.62SO2/SO3轉(zhuǎn)化率%<1.00.29催化反應(yīng)器內(nèi)的流動場、溫度場和反應(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、溫度和反應(yīng)物濃度的分布的均勻性更是顯得尤為重要，因為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)器的運行特性，參照鍋爐性能試驗的方法在SCR進(jìn)出口的煙道取24個測點測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）計算出其截面參數(shù)的平均值1用X表示。所有空間點上Xi的均方差用（表示，流動速度、溫度和反應(yīng)物濃度等物理量的不均勻度常用偏差C

18、v（coefficientofvariation）來表述參數(shù)在煙道截面的均勻程度23，則有：l1ons=a（X-X）2n-1i忑i=i.（3）1onX=_aXnii=1（4）式中：C=v100%2)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)計能夠保證獲得流動場、溫度場和反應(yīng)物濃度場的相應(yīng)均勻程度。1.2.2.1脫硝效率對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兩個指標(biāo)上。從試驗結(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)滿足首期三60%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

19、出口NO的濃度分布不均勻，如圖6,其Cv達(dá)Xx到47.4%，超過了30，不能達(dá)到國家規(guī)定的項目達(dá)標(biāo)要求，為此特調(diào)節(jié)供應(yīng)管道上的手動節(jié)流閥以得到比較均勻的出口NOx的濃度分布。每個反應(yīng)器各有9根供應(yīng)支管，每根支管上面有3個噴嘴，共27個噴嘴，這27個噴嘴組成了右半部分和左半部分雙層噴射面。在SCR系統(tǒng)運行初始時的所有氨的噴射支管上的流量孔板都在中間位置，測得此時各管的壓差數(shù)值。在初始工況，各噴氨支管的手動節(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Bl、B2處煙氣流速過小

20、使得該處的氨氮比遠(yuǎn)高于其他位置，造成出口NOx濃度偏差過大的主要原因。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NOx的濃度偏差系數(shù)Cv降到24.39%，達(dá)到項目驗收標(biāo)準(zhǔn)。與均值偏差(mg/Nm3)-20艸S4縱向測點系列1系列2系列3系列412345系列1-24.18-3.483.72-15.0820.42系列2-22.78-1.284.6214.62-7.88系列3-28.78-10.78-7.48-12.38-14.18水平橫向測點A反應(yīng)器出口N0X濃度偏差CV=11.5%圖5SCR-A反應(yīng)器出口NOX農(nóng)度偏差B反應(yīng)

21、器岀口NOX濃度偏差CV=47.4%（調(diào)整前）與均值偏差（mg/Nm3）°-a°-cssoooo縱向測點4水平橫向測點系列1系列2系列3系列4系列1系列2系列3B反應(yīng)器出口N0X濃度偏差CV=24.39%（調(diào)整后）NOX與均值偏差（mg/Nm3）100-10-20-40S1縱向測點系列1系列2系列3"系列4水平橫向測點-6.3-20-9on/723.70.119.117.730.3-4-26.3458.2-1.5-24.2-30-3916.3系列1系列2系列3系列4圖6B-SCR出口濃度偏差（調(diào)整前后）1.2.2.3NH3逃逸率從試驗結(jié)果看，試驗工況下，氨逃逸6%

22、02為1.62AL/L，小于性能保證值3AL/L。SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑按照“21”模式布置，初裝2層。催化劑的性能保證期為20000小時，在性能保證到期時的脫硝效率與氨逃逸分別為60%與3卩L/L。催化劑活性的惰化、催化劑小孔的堵塞、煙氣流速及nh3/no分布不均勻等對脫硝性能均有影響，為了彌補(bǔ)這些因素的影響，國外在初裝催化劑時一般會預(yù)留3050%裕量。因此在性能考核試驗時，氨的逃逸較小。本工程兩臺鍋爐的脫硝裝置通煙氣時間已經(jīng)超過一年，這會導(dǎo)致催化劑活性有一定程度的降低，并增加氨的逃逸。1.2.2.4SO2轉(zhuǎn)化率因SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度遠(yuǎn)低于設(shè)計值，致使S0/S03轉(zhuǎn)化率相對較低，從試驗結(jié)

23、果來看,SO/S0轉(zhuǎn)化率僅為0.29%,小于性能保證值1.0%AL/L。SCR脫硝反應(yīng)發(fā)生在含有SO2的煙23、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兩個指標(biāo)上，雖然SCR脫硝效率達(dá)到性能要求，但往往在調(diào)試初期NOx的濃度偏差系數(shù)Cv過大，甚至隨運行時間Cv也可能會變大，調(diào)試時可通過調(diào)整各噴氨支管的手動節(jié)流閥進(jìn)行細(xì)調(diào)，使出口NOx濃度控制在合格偏差之內(nèi)。、控制氨逃逸對鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運行非常重要，氨逃逸率增加，一方面氨的運行成本增大，另一方面逃逸氨與SO3和H2O反應(yīng)生成硫酸氫氨(NH4HSO4)機(jī)會增加，易造成鍋爐后續(xù)設(shè)備積灰、堵塞等。、提高脫硝率可能會造成氨逃逸的增加，在保證脫硝率達(dá)到要求時，同時要控制氨逃逸的要求。、SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度低，致使SO2/SO3轉(zhuǎn)化率相對較低，但在溫度低至氣中，SO2會在催化劑的作用下被氧化成SO3。這一反應(yīng)對于SCR脫硝反應(yīng)而言是非常不利的。因為SO3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200290°C的范圍內(nèi)，煙氣中的氨與SO3和H2O反應(yīng)生成硫酸氫氨(NH4HSO4)：nh3+so3+h2o=