SCR脱硝系统分区控制喷氨格栅优化.doc

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1、SCR脱硝系统分区控制喷氨格栅优化 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74.7mgm-3,NH3逃逸率最高达11.4LL-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、11.8mgm-3,NH3逃逸率由调前的4.64LL-1分别降至调后的2.67、3.03、2.14LL-1。系统

2、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SC

3、R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4.8m9m,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15ms-1,催化剂区域内流速为45ms-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

4、析仪测定,NO量程0500LL-1,精度0.1LL-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1.03.0Lmin-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02000Pa,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B5B1、A5A1,其中NO、O2取样点共选取255个(取深度方向5点均值),NH3取样点共选取251个,具体布置如图1所示。NO、O2经Testo350烟气分析仪直接测

5、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、8.4ms-1,A侧均值分别为13.8、10.6、8.3ms-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、

6、0.8、0.5ms-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、0.6ms-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。2.2浓度场分布图4为反应器入口烟道不同测孔位置NOx浓度分布示意图,可知,入口NOx浓度与负荷、测孔位置关系密切。3种负荷工况下,B侧均值分别为361、281、344mgm-3,A侧均值为分别为300、253、372mgm-3,均值之比分别为1.20、1.11、0.93。NOx浓度均呈现外侧低、内侧高的趋势,其中B侧内外侧绝对偏差分别为36.8、57.8、59.5mgm-3,相对偏差分

7、别为10.2%、20.6%、17.3%,A侧内外侧绝对偏差为49.3、34.3、70.8mgm-3,相对偏差分别为16.4%、13.6%、19.0%。整体而言,反应器入口浓度场分布差异性较大,是喷氨格栅优化调整的一个不可忽视的重要因素。从图5可以看出,根据出口NOx浓度和氨逃逸浓度的对应关系,NOx浓度较低的区域对应较大的喷氨量,极易产生较大氨逃逸浓度。B1、A5等2个测孔位置出口NOx浓度均小于20mgm-3,其代价是很大的喷氨量和较高的氨逃逸。经计算,B1B5、A1A5共10个测孔NH3逃逸率分布均值浓度为4.64LL-1。为此,应通过调节各区域的AIG喷氨,最大限度提高反应器出口NOx分

8、布的均匀性。AIG优化调整实验通过分析每个测试工况下SCR出口的NOx分布,不断对反应器入口两侧各个支管的喷氨阀开度进行优化调节。3氨喷射阀门调整安徽芜湖电厂每个反应器入口烟道均布置区域型喷氨格栅1套,均具备宽度方向及深度方向调节功能。每套喷氨格栅对应25根喷氨支管,而每5根喷氨支管一组控制一块区域,测孔与喷氨支管对应关系为:A1或B1(支管15)、A2或B2(支管610)、A3或B3(支管1115)、A4或B4(支管1620)、A5或B5(支管2125)。每路支管控制8个喷嘴,支管的开度范围为110,每根氨分配管上均设有手动调阀可以调节各支管的氨喷射流量。调前、调后喷氨格栅阀门开度分别见图6

9、、图7。 本次喷氨格栅优化调整假设和原则如下:1)反应器出口截面NOx和NH3相对偏差为优化调整最终考核指标;2)调整过程中应综合考虑锅炉负荷、速度场、浓度场等多种因素,按照NH3/NOx等摩尔比理念进行调节;3)反应器催化剂床层运行正常,没有催化剂积灰、堵塞、中毒等现象;4)SCR烟气脱硝装置AB侧喷氨格栅母管、喷氨格栅支管运行正常,没有腐蚀、堵塞等情况发生,同样开度下流量相同。4喷氨格栅优化后效果分析4.1反应器出口NOx浓度分布图8为4种工况反应器出口烟道不同测孔NOx浓度分布示意图。可知,机组调前在660MW负荷下,均值浓度分别为56、43.5mgm-3,但不同测孔的NOx浓度差异较大

10、,其中B侧NOx浓度最大偏差为74.7mgm-3、而A侧为56.2mgm-3。喷氨格栅优化调整后,NOx均值浓度基本不变,而在660、500、330MW负荷下,NOx浓度差异性均明显降低,B侧最大偏差分别降至3.9、13.6、8.6mgm-3,而A侧对应偏差分别为7.9、7.0、15.1mgm-3。4.2反应器出口NH3逃逸率分布图9为4种工况反应器出口烟道不同测孔NH3逃逸率分布示意图。可知,机组调前在660MW负荷下,不同测孔的氨逃逸率波动范围很大,B侧氨逃逸介于1.4511.38LL-1,A侧氨逃逸介于2.4710.29LL-1,系统氨逃逸均值为4.64LL-1。原因在于:系统喷氨量、速

11、度场、浓度场三者之间耦合较差,反应器截面区域内NH3/NOx分布不均匀,从而形成部分区域氨偏多或偏少的情况。优化调后机组660MW负荷下,氨逃逸B侧波动范围为2.162.98LL-1,A侧波动范围为2.493.16LL-1,系统平均为2.67LL-1。调后机组500MW负荷下,氨逃逸B侧波动范围为2.033.21LL-1,A侧波动范围为3.083.74LL-1,系统平均为3.03LL-1。调后机组330MW负荷下,氨逃逸B侧波动范围为2.072.81LL-1,A侧波动范围为1.682.49LL-1,系统平均为2.14LL-1。较调前660MW负荷分别下降了1.97、1.61、2.50LL-1,

12、降幅分别为42.4%、34.8%、53.8%。这表明:喷氨格栅调整后,由于局部区域(B1、A5、A4)喷氨量大幅降低,氨逃逸畸高点消除,系统喷氨更加均匀,从而带动整个系统氨逃逸率的大幅下降。4.3系统脱硝效率分布图10为4种工况系统脱硝效率分布示意图。可知,机组调前在660MW负荷下,不同位置的脱硝效率波动剧烈,B侧效率介于73.4%94.7%,A侧效率介于75.6%94.4%,系统效率均值为84.8%,其原因在于:燃煤电站锅炉SCR烟气脱硝的氨喷射技术主要包括涡流式静态混合、线性控制式喷氨格栅、分区控制式喷射格栅等,本研究对象喷氨格栅布置属于后者,其特征是把烟道截面分成25个大小相同的区域,

13、以匹配烟气中NOx的分布,由于相应区域氨喷射流量控制不合理,从而导致反应器出口截面效率的不均匀。调后机组660MW负荷下,脱硝效率B侧介于83.7%85.5%,A侧介于83.9%87.1%,系统平均为85.0%。调后机组500MW负荷下,脱硝效率B侧介于79.8%86.1%,A侧介于83.8%86.5%,系统平均为84.6%。调后机组330MW负荷下,脱硝效率B侧介于83.0%87.8%,A侧介于80.1%87.0%,系统平均为84.4%。3种工况负荷下,系统总效率基本与调前持平,但效率峰谷差异大幅下降。5结论1)安徽芜湖电厂2#炉喷氨格栅采用分区控制式喷射技术,由于喷氨格栅阀门开度、浓度场、

14、速度场三者之间耦合性较差,导致反应器出口烟道NH3/NOx分布极不均匀。在660MW负荷下,实测NOx最大偏差达74.7mgm-3,NH3逃逸率最高达11.4LL-1,严重威胁下游空气预热器安全运行。2)在660、500、330MW负荷下,反应器入口烟道NOx均值偏差分别为13.4%、17.1%、18.1%,而速度均值偏差分别为6.1%、6.4%、6.6%。不同测孔位置浓度场分布差异性较大,是喷氨格栅优化调整的一个不可忽视的重要因素,而反应器入口速度场分布相对均匀,对喷氨格栅优化调整影响较小。3)基于全区域NH3/NOx等摩尔比理念,并综合SCR反应器的浓度场和速度场状况进行喷氨格栅优化。在660、500、330MW负荷下,A/B两侧均值NOx浓度偏差由调前的65.5mgm-3分别降至5.8、10.3、11.8mgm-3,NH3逃逸率由调前的4.64LL-1分别降至2.67、3.03、2.14LL-1。3种工况负荷下,系统总效率基本不变,但其峰谷差异下降明显。8