韓晨(北京國電龍?jiān)喘h(huán)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(huì)導(dǎo)致光化學(xué)污染、酸雨、臭氧層破壞以及溫室效應(yīng)等環(huán)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(huán)保部、發(fā)改委和能源局于2015年12月聯(lián)合發(fā)布了《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)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(shí)現(xiàn)超低排放，即氮氧化物排放濃度不高于50mg/m3(基準(zhǔn)氧含量6%條件下)。目前國內(nèi)很多燃煤機(jī)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(nèi)容

本文以某電廠660MW 機(jī)組為研究對象。該機(jī)組脫硝裝置采用SCR 工藝，還原劑采用液氨蒸發(fā)方案。超低排放改造前，在設(shè)計(jì)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(tǒng)運(yùn)行時(shí)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(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)。該燃煤機(jī)組進(jìn)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(jìn)行評估，在100%、75%及50%三個(gè)負(fù)荷工況下，對整個(gè)脫硝設(shè)備進(jìn)行超低排放性能評價(jià)分析。

2 性能評估方法

分別在100%、75%及50%三個(gè)負(fù)荷工況下，用網(wǎng)格法測量SCR 反應(yīng)器出入口NOx濃度、煙氣流速、煙氣溫度及反應(yīng)器出口氨逃逸的濃度分布。要求改造完成后，SCR 脫硝反應(yīng)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(jié)果及分析

機(jī)組超低排放改造完成后，分別在100%、75%及50%三個(gè)負(fù)荷工況下，測得SCR 脫硝裝置反應(yīng)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(yīng)器出入口煙氣參數(shù)及偏差比較

續(xù)表2

三個(gè)工況下SCR 脫硝裝置反應(yīng)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(jié)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(fù)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(dá)到了超低排放的標(biāo)準(zhǔn)。滿負(fù)荷下SCR 裝置的脫硝效率可達(dá)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(yīng)器出入口NOx濃度分布，d為測試深度

反應(yīng)SCR 脫硝裝置性能水平的另一重要參數(shù)是出口氨逃逸濃度，其值主要取決于脫硝反應(yīng)器內(nèi)噴氨流量分配、催化劑性能等因素，及其速度、溫度場[4]。機(jī)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(yīng)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(shè)計(jì)要求。

三個(gè)工況下脫硝裝置出入口煙氣溫度總體較高，低負(fù)荷時(shí)(50%負(fù)荷)基本能達(dá)到340℃，保證了脫硝裝置的穩(wěn)定運(yùn)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(gè)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(yīng)器出口煙氣流速分布比較均勻，總體優(yōu)于入口值。這表明了SCR 反應(yīng)器內(nèi)部流場設(shè)計(jì)合理，對入口煙氣流速具有較好的調(diào)節(jié)作用。

圖2 改造后SCR脫硝裝置反應(yīng)器出口氨逃逸濃度，d為測試深度

4 結(jié)語

文章以某電廠660MW 機(jī)組為研究對象，針對該燃煤機(jī)組進(jìn)行了SCR 脫硝裝置的流場優(yōu)化設(shè)計(jì)改造，并有如下結(jié)論：

(1)高負(fù)荷工況下，機(jī)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(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)優(yōu)化鍋爐燃燒方式(如二次風(fēng)擋板開度、磨煤機(jī)運(yùn)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(gè)工況下SCR 出口NOx濃度最高為21ppm(約43.05mg/m3)，滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)；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(shè)計(jì)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(yīng)器出口煙氣流速分布優(yōu)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(diào)節(jié)作用；

(6)機(jī)組在滿負(fù)荷下運(yùn)行測得SCR 脫硝裝置阻力與流場模擬結(jié)果相當(dāng)，證明了模型的可靠性。

以上結(jié)果均說明，使用流場優(yōu)化對SCR 脫硝裝置進(jìn)行提效改造，可以顯著提升裝置的脫硝效率，達(dá)到超低排放的標(biāo)準(zhǔn)。