SCR对脱硝效率及SO2转化率影响分析

1SCR对脱硝效率及SO2转化率影响分析王杭州（厦门华夏电力公司，厦门，361026）摘要：本文通过300MW机组脱硝的性能试验,测试SCR脱硝效率及NOX浓度及其分布试验以及对SO2转化成SO3影响进行测试分析，探讨与分析烟气脱硝工程性能试验所采用的方法、手段及评价依据，为日益增多的烟气脱硝系统提供性能试验的技术借鉴与实践参考。关键词：性能试验；选择性催化还原技术(SCR)；SO2NOx作为燃煤电厂的主要污染物之一，在烟尘与SO2污染逐步得到控制后，正日益引起重视。影响SCR系统的因素多（烟气条件、环保要求、排烟条件、FGD装置、空气预热器、ESP等设备），投资大，运行成本高，因此，对SCR系统进行现场性能分析研究对于SCR系统内流体流动、传质传热、节能降耗具有重要的意义。SCR系统各种参数（脱硝效率、NOx浓度、烟气流量与温度等）之间有着非常紧密的联系，其中的脱硝效率是所有参数中最关键、最核心的因子。参数之间、注氨格栅以及烟气流体分布的优化与调整，对SO2的转化率的程度等，对整套SCR系统的科学与经济运行有着重要的促进作用。本文通过300MW机组脱硝的性能试验,测试SCR脱硝效率及NOX浓度及其分布试验以及对SO2转化成SO3影响进行测试分析，探讨与分析烟气脱硝工程性能试验所采用的方法、手段及评价依据，为日益增多的烟气脱硝系统提供性能试验的技术借鉴与实践参考。1.1样品的采集与测试测试方法总体描述为：在每台SCR反应器的进出口烟道截面上，采用网格法（进口28点，出口20点）逐点采集烟气样品，用NGA2000多功能分析仪测量烟气中的NO与O2，以此来获得每台反应器的脱硝效率。为了分析烟气通过催化剂后的SO2/SO3转化率，需要用化学法在省煤器出口和SCR反应器出口烟道同时采集烟气样品，以分析SO2与SO3浓度。通过在每台反应器出口5点烟气取样，来分析烟气中的氨逃逸浓度。1.1.1SCR设计参数每台锅炉配备两台三分仓容克式空气预热器，在省煤器与空预器之间，由上海电气石川岛电站环保工程有限公司设计安装了两台高灰型SCR烟气脱硝装置。脱硝反应器采用“2＋1”的催化剂布置模式，初装两层美国康宁公司提供的蜂窝型催化剂（节距7.0mm，22×22孔，0.8mm壁厚），每层催化剂上方安装3只半伸缩式蒸汽吹灰器。SCR反应器入口安装了格栅式喷氨系统，每台反应器设置9只手动调节阀，采用分区调节的方式来控制喷氨后的NH3/NO分布。表1SCR装置的设计参数项目单位数据备注烟气流量t/h1305Nm3/h1010466湿基入口烟气成分O2%4干基H2O%8湿基2SOxµL/L500干基飞灰浓度g/Nm323NOxmg/Nm3≤450（max600）干基、6%O2SCR性参数NOx(干基)mg/Nm3180（首期）45（远期）脱硝效率%60(首期)90（远期）100%ECRNH3逃逸µL/L≤3干基，6%O2Vol.SO2/SO3转化率%≤1系统阻力Pa≤1000喷氨的均匀性是保证良好脱硝效率及减少氨逃逸率的关键，为保证喷氨的均匀性，每个SCR反应器设有9×3根伸入烟道的注氨支管，每根支管上有10个不锈钢喷头，即27根注氨支管与270个喷嘴组成了注氨格栅(AIG)（见图1注氨格栅示意图），均匀地分布在SCR进口侧烟道的截面上。另外，在注氨支管上设置了流量调节阀、节流孔以及差压计，用于调整注入氨量的均匀性。图1注氨格栅(AIG)示意图1.1.2NOx与O2浓度测量在每台SCR反应器的进出口烟道截面上，采用网格法（进口28点，出口20点）逐点采集烟气样品，用NGA2000多功能分析仪测量烟气中的NO与O2，以此来获得每台反应器的脱硝效率。为了分析烟气通过催化剂后的SO2/SO3转化率，需要用化学法在省煤器出口和SCR反应器出口烟道同时采集烟气样品，以分析SO2与SO3浓度。此外，每个试验工况都采集了入炉煤和飞灰（空预器出口撞击灰）样品。在每台SCR反应器的进口和出口烟道截面，采用等截面网格法（进口7×4，出口5×4）布置烟气取样点（图2），分析各采样点烟气中的NO与O2含量，从而获得烟道截面的NO与O2分布，并计算每台反应器的脱硝效率。每台SCR反应器的进出口均已安装了NO和O2浓度在线分析仪，通过测量烟道截面的NO氨管调节阀流量计烟道喷嘴3与O2浓度分布，可找出在线监测分析仪的显示值与实际NO与O2浓度之间的关系，以此来连续监测每个试验工况期间的脱硝效率波动。图2NO与O2浓度的采样点烟气中的NO浓度的测量参考美国EPA－7E标准。采用ROSEMOUNT公司的NGA2000型烟气分析仪逐点测量。首先用不锈钢管将烟气引出至烟道外，然后经过水洗除尘、除氨器除氨、烟气预处理装置清洁、除湿、冷却，最后接入NGA2000型烟气分析仪进行分析。NOx取样与分析系统见图3。每个试验工况结束后，根据各取样点的NO与O2浓度，将NO修正到6%氧量下，加上5%NO2，可获得各取样点的NOx浓度。图3NO和O2的取样分析系统空预器省煤器第一层催化剂第一层催化剂备用层SO2、SO3NO及O2取样点注氨NO、O2取样点采样泵1采样泵2过滤器冷凝器预过滤器蠕动泵混合器取样管41.1.3NH3逃逸测量烟气中气态氨的样品采集执行美国EPACTM027标准，图4是样品采集系统的示意图，用硫酸溶液作为氨的吸收液，用离子色谱仪进行浓度分析。采样点位于SCR反应器出口水平烟道，每侧5个取样孔。图4烟气中的NH3取样系统1.1.4SO2/SO3转化率在脱硝反应器的进出口烟道同时测量SO2和SO3浓度，可获得烟气通过SCR反应器后的SO2/SO3转化率。在每台反应器的入口水平烟道选择两个烟气取样孔，采用图4－5所示系统同时采集SO2与SO3样品；在反应器出口水平烟道选取两个烟气取样孔，也采用图5所示系统采集SO3样品。用离子色谱仪分析所采集样品中的硫酸根离子浓度，可折算出烟气中的SO2、SO3浓度。SO2/SO3转化率的计算公式如下：3322,,100%,CsoexCsoinKsoCsoin-=?………………（1）式中：2Kso－SO2/SO3转化率，%；exCso,3－SCR反应器出口的SO3平均浓度，µL/L@6%O2；inCso,3－SCR反应器入口的SO3平均浓度，µL/L@6%O2；inCso,2－SCR反应器入口的SO2平均浓度，µL/L@6%O2。烟气流量计引风机过滤器加热器300℃H2SO4取样点5图5SO2/SO3采样系统示意图1.2结果与讨论1.2.1测试结果1.2.1.1SCR进出口NOx浓度测试SCR装置的脱硝效率试验时的脱硝效率设定值、喷氨量、SCR反应器进出口的实测NOx浓度见表2。SCR脱硝效率（DCS）设定值为60.7~63.9%，实际脱硝效率约为70.51~74.64%。表2锅炉的脱硝效率项目单位300MW工况下反应器SCR反应器BA设定脱硝效率（DCS）%60.763.9喷氨量－DCSNm3/h113.792.4入口NOx@6%O2（DCS）mg/Nm3412.5438.5出口NOx@6%O2（DCSmg/Nm3185.5233.1实测入口NOx@6%O2mg/Nm3429.4423.7实测出口NOx@6%O2mg/Nm3122.7128.8实际脱硝效率%71.4369.6平均脱硝效率%70.51备注：DCS显示的NOx@6%O2为NO的质量浓度，本表中数据已经转换成NO2的浓度。1.2.1.2SCR进口NOX浓度分布表3SCR-A反应器进口NOX浓度分布NOx-mg/Nm3@6%O2A反应器进口12345671395.2398.2406.0412.8428.1448.2496.92386.6382.7398.6405.3464.8480.4507.33372.9392.3413.9439.4462.9488.7498.64304.8344.7429.7424.8450.6460.3492.5最大507.3采样加热到260℃石英棉冷凝管过滤器烟气采样器干燥器冰槽75℃吸收瓶6最小304.8平均值428.1入口分布标准偏差11.5表4SCR-B反应器进口NOX浓度分布NOx-mg/Nm3@6%O2B反应器进口76543211477.5463.2472.9449.3448.0464.9450.42493.3468.4458.9471.8424.9445.1446.73507.1473.3489.4496.5451.5443.1412.44511.2509.1474.9445.1471.0451.0449.2最大511.2最小412.4平均值465.0入口分布标准偏差5.31.2.1.3SCR出口NOX浓度分布（以B反应器为例，分别测出调整前后偏差值）表5SCR-A反应器出口NOX浓度分布（调整后）NOx-mg/Nm3@6%O2A反应器出口123451132.1152.8160.0141.2176.72133.5155.0160.9170.9148.43127.5145.5148.8143.9142.14171.4162.9179.1181.2191.7最大191.7最小127.5平均值156.3出口分布标准偏差11.5脱硝效率63.5表6SCR-B反应器出口NOX浓度分布（调整前）NOx-mg/Nm3@6%O2B反应器出口543211188.0208.3220.0134.435.12196.8240.8247.4125.138.03183.5228.3202.0109.644.24207.5223.3253.6123.526.5最大253.6最小26.5平均值161.8出口分布标准47.47偏差脱硝效率65.20表7SCR-B反应器出口NOX浓度分布（调整后）NOx-mg/Nm3@6%O2B反应器出口543211135.7142.1172.3138.0115.72122.0161.1187.0140.5112.03133.0159.7150.2117.8103.04165.7148.2181.6129.1125.7最大181.6最小103.0平均值142.0出口分布标准偏差24.39脱硝效率69.461.2.1.4NH3逃逸烟气中的气态氨逃逸取样在SCR反应器的出口水平烟道，每侧烟道选择5个取样孔。氨逃逸取样与脱硝效率的测试同时进行，具体测试结果见表6。选取2个工况对应的氨逃逸分别为2.66µL/L和1.62µL/L。表6氨逃逸测试结果（单位：µL/L@6%O2）反应器B反应器A测点1234554321工况2.662.521.761.341.411.151.101.111.251.89平均值1.621.2.1.5SO2/SO3转化率SCR反应器进出口烟气中的SO2与SO3测试数据分析结果汇总于表7。SO2/SO3转化率约为0.29%。催化剂的设计运行温度为380℃，实测省煤器出口烟气温度只有364℃与348℃，这不仅降低了催化剂的反应活性，而且抑制了烟气通过催化剂时SO2向SO3的转化。表7SO2/SO3转化率测试结果工况反应器入口温度入口SO2入口SO3出口SO3SO2/SO3转化率SO2/SO3平均值单位℃µL/L@6%O2µL/L@6%O2µL/L@6%O2%%300MW工况B3643070.471.790.430.290A2660.140.540.151.2.2讨论综上所述，SCR装置的脱硝效率、氨逃逸及SO2/SO3转化率均达到要求。最终的性能8考核结果汇总于表8。表8SCR性能考核结果项目单位性能保证值工况1负荷MW300301脱硝效率%6063.35氨逃逸@6%O2µL/L≤3.01.62SO2/SO3转化率%≤1.00.29催化反应器内的流动场、温度场和反应物浓度分布越均匀，化学反应的效率越有保障，而SCR反应器入口处的流动、温度和反应物浓度的分布的均匀性更是显得尤为重要，因为入口处的状况将影响SCR的整体性能。为了更加清楚的分析SCR反应器的运行特性，参照锅炉性能试验的方法在SCR进出口的烟道取24个测点测量其局部的烟气流速、