SCR脱硝系统分区控制式喷氨格栅的优化

安徽芜湖电厂2#炉喷氨格栅采用分区控制式喷射技术。由于格栅阀门开度、浓度场、速度场三者之间耦合较差,导致反应器出口烟道NH3/NOx分布极不均匀,实测NOx最大偏差达74.7mg•m-3,NH3逃逸率最高达11.4μL•L-1,下游空气预热器安全运行受到严重影响。

基于全区域NH3/NOx等摩尔比理念,并综合考虑该反应器入口的浓度场和速度场状况进行喷氨格栅优化。调整后,在660、500、330MW3种典型工况下,NOx浓度最大偏差分别降至5.8、10.3、11.8mg•m-3,NH3逃逸率由调前的4.64μL•L-1分别降至调后的2.67、3.03、2.14μL•L-1。系统总效率基本不变,但效率峰谷差异下降明显。

选择性催化还原技术是当前世界上脱氮主流工艺。火电厂大气污染物排放控制标准GB13223-2011的颁布使国内在短期内大面积投运SCR脱硝系统,相关学者[1-7]在流场、系统模拟方面也做了较多研究;但在运行优化方面前期缺乏积累,逐渐暴露出诸如效率不稳、空气预热器堵塞严重,甚至炉膛负压波动剧烈,不得不停炉吹扫等问题[8-11]。

尤其是环保排放标准的进一步严苛后,大部分机组面临“超净排放”的需求,对SCR反应器内的速度场、浓度场、喷氨格栅喷射三者之间的耦合提出了更高要求,系统均流与混合是脱硝系统运行优化的关键之一[12-16]。

本文拟以安徽芜湖电厂660MW机组2#炉SCR脱硝装置为对象,通过现场测试,调整氨喷射系统各支管的气氨流量,以消除局部过大的氨逃逸区域,改善入口氨喷射均匀性,最大限度减少氨逃逸对空预器的影响,提出有效的喷氨格栅优化与均匀混合实施方案。

1实验装置、测试仪器及方法

1.1实验装置

芜湖发电有限责任公司2#锅炉装机容量660MW,共配置2台SCR反应器,采用高温高尘布置。烟气在锅炉出口处被均分成两路,每路烟烟气并行分别进入一个垂直布置的SCR反应器,其截面尺寸为4.8m×9m,烟气向下流过整流器、催化剂层。烟道内设计烟气流速不大于15m•s-1,催化剂区域内流速为4~5m•s-1。

1.2测试仪器

NO、O2进出口浓度采用德国德图公司Testo350型烟气分析仪测定,NO量程0~500μL•L-1,精度0.1μL•L-1,O2量程0%~25%,精度0.01%;NH3逃逸率采用自制氨化学取样系统测定,配套用3071型智能烟气采样器流量范围1.0~3.0L•min-1,精度±5%,烟气取样枪长度为5m,压力测试用WOBI膜盒压力表,量程0~2000Pa,精度±5Pa,配套4.5m的S型皮托管1根,校正系数为0.84。

1.3测试方法

通过网格布点测量SCR装置的入口及出口烟道,烟道共布置10个测孔,编号依次为B5→B1、A5→A1,其中NO、O2取样点共选取2×5×5个(取深度方向5点均值),NH3取样点共选取2×5×1个,具体布置如图1所示。NO、O2经Testo350烟气分析仪直接测定,氨逃逸样品采用美国EPA的CTM-027标准以化学溶液法采集,取样时间20min。通过分析样品溶液中的氨浓度(见图2),并根据所采集的干态烟气流量和O2,计算各点干基烟气NH3浓度。

2喷氨格栅优化前装置状态

2.1速度场分布

图3为反应器出口烟道的速度场分布示意图,从图可知,出口烟气流速与负荷关系密切,且与测孔位置有关。3种负荷工况下,B侧速度均值分别为14.1、11.3、8.4m•s-1,A侧均值分别为13.8、10.6、8.3m•s-1,均值比分别为1.02、1.07、1.00。

两侧反应器总体风量较均匀,受负荷波动性较小。此外,反应器入口烟道烟气流速分布均匀,其中B侧烟气流速偏差分别为0.4、0.8、0.5m•s-1,相对偏差分别为2.8、7.1、6.0%,A侧内外侧绝对偏差为1.3、0.6、0.6m•s-1,相对偏差分别为9.4%、5.7%、7.2%。这表明速度场的波动对喷氨格栅优化调整基本没有影响。

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