合體式煙道、反應器在脫硝工程中的可行性分析

鄒紅果

（大唐環境產業集團股份有限公司，北京 100091）

合體式煙道、反應器在脫硝工程中的可行性分析

鄒紅果

（大唐環境產業集團股份有限公司，北京 100091）

介紹了合體式煙道、反應器的布置方式，并對技術經濟性以及流場方面進行了可行性分析。

合體式煙道、反應器；流場模擬；可行性分析

隨著新的《火電廠大氣污排放標準》（GB13223-2011）自2012年1月1日起正式實施，要求新建機組2012年開始、老機組2014年開始，其氮氧化物排放量不得超出100mg/Nm3；2014年9月12日，國家發展改革委員會、環境保護部、國家能源局聯合下發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，進一步提高氮氧化物排放要求。為適應日益嚴格的NOx排放標準，選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝技術已成為燃煤機組煙氣脫硝的主要選擇。該技術的反應器布置在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間。

對于近幾年新建的電廠，在進行鍋爐主體工程設計時，已經預留了SCR脫硝裝置反應器布置的空間，甚至是預留了脫硝的鋼結構荷載，此類機組在進行脫硝改造時，改造難度相對較小，直接將脫硝的煙道和反應器布置在引風機上部空間，通過加固引風機框架或者重新設置鋼架，來承受脫硝煙道及反應器的荷載。然而，對于已投運多年、未設脫硝改造空間的老機組，脫硝改造的難度加大，尤其是加裝SCR脫硝裝置的空間限制，在對SCR脫硝裝置的布置及支撐結構等因素進行綜合考慮后，出現了一種新型的合體式煙道、反應器［1］，即SCR入口煙道與脫硝反應器采用一體化設計，形成一個受力系統。合體式及分體式煙道、反應器的SCR脫硝系統縱剖示意圖分別見圖1、圖2。

圖1　合體式煙道、反應器縱剖圖

圖2　分體式煙道、反應器縱剖圖

1　合體式煙道、反應器介紹

（1）合體式煙道、反應器介紹

合體式煙道、反應器是將脫硝反應器與SCR入口煙道的豎直段緊貼在一起，共用同一煙道壁板。此種布置方案，SCR入口煙道豎直段無需單獨支撐，直接將其懸掛在反應器上，組成一個一體化結構。合體式煙道、反應器適用于場地空間有限，送風機檢修支架寬度小、送風機檢修支架及鍋爐鋼結構布置較為復雜等特殊情況下的脫硝改造工程。此種布置方案，結構易實現。為了確保煙道和反應器的整體受力情況，要求在煙道、反應器合體前，在與SCR入口煙道水平段相連接處加裝非金屬膨脹節，將合體煙道與SCR入口的水平段煙道隔離開。

（2）合體式煙道、反應器技術經濟分析

合體式煙道、反應器的結構形式，不僅解決了工程建設中，場地受限的問題，而且對于SCR入口煙道豎直段，直接懸掛在反應器上，不需要設置單獨的支撐結構，這在一定程度上，不僅減少了反應器以及SCR入口煙道的鋼材量，同時降低了鋼結構量以及下部的基礎加固工程量，具有很好的經濟性。合體式煙道、反應器與分體式煙道、反應器的比較，見表1。

（3）合體式煙道、反應器流場分析

在進行SCR工程設計時，計算機流場模擬（CFD）是除催化劑外的脫硝工程成敗的另一個關鍵因素。其目的是通過流場模擬來優化改進催化劑前的SCR入口煙道的導流裝置以及噴氨裝置的設計，提高煙氣在SCR脫硝反應器內的速度分布和氨濃度分布的均勻性［2］，從而確保煙氣中的NH3與NOx的最佳混合，降低壓損，達到最佳的脫硝效率。

表1　合體式煙道、反應器與分體式煙道、反應器比較

對于合體式煙道、反應器的布置方式，上升煙道急速轉為水平煙道，煙氣攜帶的煙塵顆粒在彎頭外側富集，濃度較高且顆粒較大的煙塵主要位于外側壁面處，轉彎上升過程中，由于大顆粒煙塵慣性較大，不易在煙氣攜帶下向整個斷面擴散，因此，高濃度、粒徑較大的煙塵將被帶到催化劑入口斷面的中前部，導致中前部的流場不均。為了滿足頂層催化劑入口的氨濃度分布和煙氣分布均勻性，提出了改進SCR入口斷面顆粒濃度場及不同直徑顆粒分布均勻的原則，利用CFD計算，在豎直煙道轉彎處加裝合適的導流裝置，確保SCR入口斷面流場、顆粒濃度場、顆粒直徑的均勻分布。根據多個項目的數值模擬顯示，SCR裝置內的流動狀況良好，第一層催化劑上方速度變異率≤10%，符合給定的流動判斷準則，可以達到與分體式煙道、反應器相似的流場結果。

（4）工程應用實例

大唐七臺河發電有限公司一期2×350MW機組煙氣脫硝改造工程，考慮到鍋爐最后一排鋼結構的調整難度較大，在進行方案設計時，采用了合體式煙道、反應器結構形式。機組脫硝裝置一次投運成功，且能夠安全穩定運行，在設計煤種、鍋爐BMCR工況、處理100%煙氣量條件下，入口NOx含量在450mg/Nm3時，脫硝效率大于80%，并且NH3逃逸率也滿足設計要求。大唐長春第二熱電有限責任公司1、2號機組（2×200MW）煙氣SCR脫硝改造總承包工程，本項目屬于老機組改造，主廠房最后一排柱結構為混凝土框架，且與除塵器之間可以支撐脫硝煙道及反應器的鋼結構寬度僅為8 000mm，最終確定采用合體式煙道、反應器的結構形式。機組投運后，在設計煤種、鍋爐BMCR工況、處理100%煙氣量條件下，入口NOx含量在450mg/Nm3時，脫硝效率大于80%，NH3逃逸率同時達標。

衡量SCR脫硝系統的工作質量有2個重要指標：脫硝效率和NH3的逃逸率。以上項目的成功投運，標志著合體式煙道、反應器技術已趨于成熟。

2　結語

在脫硝改造工程中，對于建設場地狹小或者鍋爐最后一排鋼結構調整難度較大的項目，完全可采用合體式煙道、反應器的布置方案。同時，建議采用流場模擬（CFD）與物理模型試驗相結合的方法，通過對SCR入口煙道和反應器內部增設合適的導流裝置，消除流場的不均勻性，確保SCR脫硝系統的脫硝效率以及氨逃逸率達標。

［1］周偉，楊衛科，任振業，李鵬.一種脫硝反應器.實用新型專利.CN 202751937 U.

［2］張玉華，張亞平，楊林軍.選擇性催化還原（SCR）脫硝技術存在的問題及對策.中國環境科學學會學術年會論文集.2013.

Feasibility analysisof combined flueand reactor in denitrification project

ZOUHong-guo
（Datang Environmental Industry Group Co.，Ltd.，Beijing 100091，China）

Thispaper introduces themethod of the arrangementof the type of flue，the reactor'sarrangement，the feasibility of the technology and economy and the flow field.

combined flue；reactor；flow field simulation；feasibility analysis

TK223.28

B

1009-1785（2015）11-0045-02

2015-10-20