【运维之道】大型电站锅炉SCR喷氨方式优化改造

Blx个人图书馆 2018-08-24

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特邀《电力设备管理》杂志推文

1、背景说明

目前大型电站锅炉脱硝普遍采用SCR选择性催化还原脱硝装置，选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术由于其技术成熟、脱硝效率高、烟气处理量大等优点在现役燃煤电厂脱硝工程中大量应用。

随着环保要求的逐渐提高，特别是“超低排放”的全面推进，SCR脱硝系统的运行压力越来越大，原来粗放式的管理和运行方式已难以胜任目前较高的环保要求，脱硝系统暴露出一系列的共性问题。目前SCR脱硝系统存在的问题主要有以下几方面：脱硝系统喷氨均匀性不够理想，喷氨量偏高，氨逃逸率增加；造成脱硝空预器运行阻力大，影响机组运行的经济性和安全性，早期设计SCR结构上未进行充分优化，特别是烟气导流板的设计不够理想，反应器内流场不理想，造成部分负荷NOX的排放易超标等。上述问题已成为制约SCR脱硝工程经济高效运行的首要原因，严重制约SCR脱硝系统运行的可靠性和经济性，急需进行优化解决，本文所开发的SCR喷氨方式优化改造技术正是基于上述问题而开发。

2.SCR喷氨方式优化改造技术

SCR喷氨方式优化改造技术打破了传统喷氨优化方式的盲目性。引入了数据分析和CFD数值模拟分析工具，使得优化调整过程更有针对性、更有目的性，让脱硝过程和喷氨优化调整过程在一定程度上实现了“可视化”。

图1. SCR流场优化程序

3.实际应用介绍

3.1存在问题分析

我公司#1、2#炉分别于2012、2013年进行了烟气脱硝改造工程，采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置， 2015年进行了超低排放改造，出口NOx浓度要求低于50mg/Nm3。

2016年停炉检修前，经实测发现脱硝装置出口NOx浓度严重不均，最大80 mg/Nm3，而最小只有7 mg/Nm3，且氨逃逸较大，并造成空预器堵塞，运行阻力增大。

2016年3月停炉检修中发现，涡流混合板处有大量结块、硬化的积灰，将喷氨管子埋没、引起堵塞，喷氨喷口堵塞现象如图2所示。导流板和催化剂模块有不均匀磨损现象，局部磨损严重，导流板及催化剂磨损情况见图3和图4。

图2喷氨喷口堵塞情况

图3整流格栅磨损情况

图4.催化剂磨损情况

3.2原因分析

3.2.1还原剂喷射不均匀分析

分别对A侧反应器堵塞2根喷管和B侧反应器堵塞3根喷管进行了数值模拟分析，模拟结果如图5所示。

图5堵管工况SCR催化剂进口处氨气浓度分布

图5中分别对A侧SCR两根喷氨管堵塞，B侧SCR 3根喷氨管堵塞进行了模拟计算。由模拟结果可以看出，当氨气喷射管发生堵管后，催化剂进口处氨气浓度场分布大幅变差，其中A侧SCR中间两根喷氨管发生堵塞，中间靠近右侧区域氨气的浓度非常低，此处的脱硝性能会大幅下降。B侧SCR喷氨管中间3根发生堵塞，由图可以看出B侧催化剂进口处氨气浓度分布呈现中间低两侧高的分布态势，这一态势将导致两侧氨气过量，氨逃逸量大幅上升，而中间区域由于氨气浓度过低，NOx排放出现超标的情况，这一结果与停炉前对NOx的实际测试结果是互相吻合的。

分析造成本工程脱硝装置出口NOx浓度严重不均因素主要有两个：1）还原剂喷口堵塞；2）还原剂喷射点较少。

改造措施：

（1）将静态混合器的安装倾角由25°增大到35°；

（2）将氨气喷射管距离静态混合器的距离由500mm缩小到400mm；

（3）将伸出到静态混合器前的支撑杆去除，并将静态混合器的正面打磨光滑。

3.2.2催化剂磨损原因分析

对本工程SCR脱硝装置进行了数值模拟分析，并得到了反应器及催化剂进口处烟气速度场的分布特性。

图6整流格栅和首层催化剂之间的速度矢量图

图7催化剂进口处流场分布云图

由图6可知在整流格栅处烟气发生了明显的烟气转向，从中可以发现受反应器顶部结构约束作用，大量烟气进入反应器后半部，由于整流格栅和首层催化剂之间有3米左右的一个较大空间，因此烟气在经过整流格栅后发生了明显的回流现象，部分烟气回流到反应器中、前部，这是造成图7中催化剂进口烟气速度分布特性的重要原因。另外，整流格栅处烟气速度矢量分布与整流格栅斜向磨损特征也是一致的，而就地检查催化剂磨损高发区与7中高流速区域也是一致的，验证了本优化技术的可靠性。