SCR 脫硝超低排放工程改造及性能評價

韓晨(北京國電龍源環保工程有限公司，北京 100039)

0 引言

氮氧化物(NOx)作為大氣主要污染物之一，會導致光化學污染、酸雨、臭氧層破壞以及溫室效應等環境問題，并威脅人類身體健康[1,2]。為了使燃煤電廠氮氧化物的排放得到有效控制，國家環保部、發改委和能源局于2015年12月聯合發布了《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》，要求所有具備改造條件的燃煤電廠到2020年底力爭實現超低排放，即氮氧化物排放濃度不高于50mg/m3(基準氧含量6%條件下)。目前國內很多燃煤機組都面臨著脫硝超低排放工程改造的問題。

1 研究對象及內容

本文以某電廠660MW 機組為研究對象。該機組脫硝裝置采用SCR 工藝，還原劑采用液氨蒸發方案。超低排放改造前，在設計煤種及校核煤種、鍋爐最大工況(boiler maximum working condition，BMCR)、處理100%煙氣量的條件下，脫硝系統運行時入口處NOx含量600mg/Nm3，出口處NOx含量不大于100mg/Nm3，脫硝效率不小于87%，未達到超低排放標準。該燃煤機組進行脫硝超低排放改造，對改造完成后的SCR 脫硝超低排放工程進行評估，在100%、75%及50%三個負荷工況下，對整個脫硝設備進行超低排放性能評價分析。

2 性能評估方法

分別在100%、75%及50%三個負荷工況下，用網格法測量SCR 反應器出入口NOx濃度、煙氣流速、煙氣溫度及反應器出口氨逃逸的濃度分布。要求改造完成后，SCR 脫硝反應器出口處煙氣中NOx含量不大于45mg/Nm3，氨逃逸濃度不大于3ppm。主要測試儀器如表1所示。

表1 主要測試儀器

3 研究結果及分析

機組超低排放改造完成后，分別在100%、75%及50%三個負荷工況下，測得SCR 脫硝裝置反應器出入口NOx濃度值、煙氣溫度和煙氣流速，以及出口氨逃逸濃度值及偏差比較如表2所示[3]。

表2 SCR脫硝裝置反應器出入口煙氣參數及偏差比較

續表2

三個工況下SCR 脫硝裝置反應器出入口NOx濃度分布如圖1所示，測試深度為A 端：1m，2m 及3m；B 端1.3m，2.3m 及3.3m。從結果中可以看出：脫硝裝置出口NOx濃度總體分布較為均勻。高負荷下(660MW 與510MW)SCR 入口NOx濃度較高，平均值大于200ppm(410mg/m3)；出口濃度最大值為21ppm(約43.05mg/m3)，低于超低排放限值50mg/m3，達到了超低排放的標準。滿負荷下SCR 裝置的脫硝效率可達到92.2%，相比于改造之前(87%)得到了顯著的改善。

圖1 改造后SCR脫硝裝置反應器出入口NOx濃度分布，d為測試深度

反應SCR 脫硝裝置性能水平的另一重要參數是出口氨逃逸濃度，其值主要取決于脫硝反應器內噴氨流量分配、催化劑性能等因素，及其速度、溫度場[4]。機組在超低排放改造后SCR 出口氨逃逸濃度如圖2所示，測試深度分別為0.5m 及1.5m。從圖中可以看出，改造完成后，SCR 脫硝裝置反應器出口氨逃逸濃度較低，最大工況下出口NOx濃度值均小于3ppm，滿足設計要求。

三個工況下脫硝裝置出入口煙氣溫度總體較高，低負荷時(50%負荷)基本能達到340℃，保證了脫硝裝置的穩定運行。脫硝裝置出入口煙氣溫度分布較為均勻，均小于最大絕對偏差10℃。

三個工況下脫硝裝置入口煙氣流速分布略有不均，相比于改造前有較大改善；而反應器出口煙氣流速分布比較均勻，總體優于入口值。這表明了SCR 反應器內部流場設計合理，對入口煙氣流速具有較好的調節作用。

圖2 改造后SCR脫硝裝置反應器出口氨逃逸濃度，d為測試深度

4 結語

文章以某電廠660MW 機組為研究對象，針對該燃煤機組進行了SCR 脫硝裝置的流場優化設計改造，并有如下結論：

(1)高負荷工況下，機組脫硝入口氮氧化物濃度較高，大于400mg/m3。建議對低氮燃燒器進行優化調整，同時優化鍋爐燃燒方式(如二次風擋板開度、磨煤機運行方式等)，降低鍋爐燃燒氮氧化物的生成；

(2)脫硝裝置出口NOx濃度總體分布較為均勻，三個工況下SCR 出口NOx濃度最高為21ppm(約43.05mg/m3)，滿足超低排放標準；脫硝效率也相比于改造之前得到了顯著的提高(92.2%vs.87%)；

(3)脫硝裝置氨逃逸濃度值較低，滿足氨逃逸小于3ppm 的設計要求；

(4)脫硝裝置出入口煙氣溫度分布較為均勻，均小于最大絕對偏差10℃；

(5)脫硝反應器出口煙氣流速分布優于入口煙氣流速分布，表明裝置流場入口煙氣流速具有較好的調節作用；

(6)機組在滿負荷下運行測得SCR 脫硝裝置阻力與流場模擬結果相當，證明了模型的可靠性。

以上結果均說明，使用流場優化對SCR 脫硝裝置進行提效改造，可以顯著提升裝置的脫硝效率，達到超低排放的標準。