SCR对脱硝效率及SO2转化率影响分析

1、SCR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NO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

2、 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NO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.

3、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。2,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。1.1.1 SCR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

4、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 , 22X22 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1 SCR装置的设计参数项目单位数据备注烟气流量t/h1305Nn3/h1010466湿基入口烟Q%4干基气成分H2O%8湿基SOx此/L500飞灰浓度g/Nm323NOxmg/Nn3< 450 (max600)干基、6%OSCR性NOx （干基）mg/Nn3180 (5) 45 (远期)参数脱硝

5、效率%60（首期）90（远期）100%ECRNHI逃逸此/L< 3干基，6%OVol.SO/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 X 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.调节阀-流量计烟道喷嘴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1.1.2 NOx与02浓度测量在

6、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。2,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 X 4,出口 5X 4）布置烟气取样点（图 2）,分析各采样点烟 气中的NO与。2含量，从而获得烟道截面的 NO与。2分布，并计算每台反应器的脱硝

7、效率。 每台SCR反应器的进出口均已安装了NO和。2浓度在线分析仪，通过测量烟道截面的NO6。2浓度之间的关系，以此来与。2浓度分布，可找出在线监测分析仪的显示值与实际NO与连续监测每个试验工况期间的脱硝效率波动。省煤器SO2、SO3NO 及 O21第_层催化剂第一层催化剂备用层空预器图2 NO与。2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

8、系统见图 3。每个试验工况结束后，根据各取样点的 NO与。2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。混合器取样管品据采策序圾-多谄追地气分析技，图3 NO和Q的取样分析系统1.1.3 NH3逃逸测量烟气中气态氨的样品采集执行美国EPA CTM027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NH取样系统1.1.4 SO2/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

9、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：Kso 2Cso 3, ex - Cso 3 ,in 3100%Cso 2, in(1)式中：Kso2 SO/SO3转化率，Cso3, ex SC版应器出口的SO平均浓度,此/L6%OCsoJn sc版应器入口的so平均浓度,此/L6%O此/L6%OCso2,in sc版应器入口的so平均浓度,栾样#!执至II

10、260 C图5 SO2/SO3采样系统示意图1.2结果与讨论1.2.1测试结果1.2.1.1 SCR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60.763.9%，实际脱硝效率约为 70.5174.64% o表2 锅炉的脱硝效率项目300MWL况下反应器SCR应器BA设定脱硝效率（DCS%60.763.9喷氨量DCSNnn/h113.792.4入口 NOx6%ODCSmg/Nn3412.5438.5出口 NOx6%ODCSmg/Nn3185.5233.1实测入口 NOx6%Omg/Nm

11、3429.4423.7实测出口 NOx6%Omg/Nn3122.7128.8实际脱硝效率%71.4369.6平均脱硝效率%70.51备注：DCS显示的NOx6%O 2为NO的质量浓度，本表中数据已经转换成NO的浓度。1.2.1.2 SCR进口 NOx浓度分布表3 SCR-A反应器进口NO浓度分布NOx-mg/Nn3A反应器进口6%O12345671395.2398.2406.0412.8428.1448.2496.92386.6382.7398.6405.3464.8480.4507.33372.9392.3413.9439.4462.9488.7498.64304.8344.7429.742

12、4.8450.6460.3492.5最大507.3304.8428.111.5最小平均值 入口分布标准偏差表4 SCR-B反应器进口 NO浓度分布NOx-mg/NnnB反应器进口6%O76543211477.5463.2472.9449.3448.0464.9450.42493.3468.4458.9471.8424.9445.1446.73507.1473.3489.4496.5451.5443.1412.44511.2509.1474.9445.1471.0451.0449.2最大511.2最小412.4平均值465.0入口分布标准5.3偏差1.2.1.3 SCR出口 NOx浓度分布（以B

13、反应器为例，分别测出调整前后偏差值）表5 SCR- A反应器出口NO浓度分布（调整后）3NOx-mg/NmA反应器出口6%O123451132.1152.8160.0141.2176.72133.5155.0160.9170.9148.43127.5145.5148.8143.9142.14171.4162.9179.1181.2191.7最大191.7最小127.5平均值156.3出口分布标准11.5偏差脱硝效率63.5表6 SCR- B反应器出口NQ浓度分布（调整前）3NOx-mg/NmB反应器出口6%O543211188.0208.3220.0134.435.12196.8240.824

14、7.4125.138.03183.5228.3202.0109.644.24207.5223.3253.6123.526.5最大253.6最小26.5平均值161.8出口分布标准47.4偏差脱硝效率65.20表7 SCR-B反应器出口 NO浓度分布（调整后）3NOx-mg/NmB反应器出口6%O543211135.7142.1172.3138.0115.72122.0161.1187.0140.5112.03133.0159.7150.2117.8103.04165.7148.2181.6129.1125.7最大181.6最小103.0平均值142.0出口分布标准24.39偏差脱硝效率69.4

15、61.2.1.4 NH3 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. 66 L/L 和 1.62 L/L 。表6氨逃逸测试结果（单位：此/L6%O反应器B反应器A测点1234554321工况 平均值2.662.521.761.341.411.151.621.101.111.251.891.2.1.5 SO2/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

16、 C,实测省煤器出口烟气温度只有 364 C与348 C, 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7 SO 2/SO3转化率测试结果工况反应 器入口温 度入口 SO入口 SO出口 SQSO/SO 转化率SO/SO3 平均值单位C卬 L/L6%OM6%OM6%O%300MWB3643070.471.790.430.290工况A2660.140.540.151.2.2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7考核结果汇总于表8。表8 SCR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%60

17、63.35氨逃逸6%O心L< 3.01.62SO/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、氧量、温度、 NOx含量等等，按算术平均值(如 下式4-4)计算出其截面参数的平均值1用X表示。所有空间点上 Xi的均方差用 表示，流动速度、温度和反应物浓度等物理量的不均匀度常用偏差Cv

18、(coefficient of variation)来表述参数在烟道截面的均匀程度23,则有：- S 2)(3)Cv = =100%式中:1 n2n-1?=1(Xi-X)X一 1X = ? Xi n ：=1高性能指标的SCR系统，主要是指氨的低逃逸率和 NOx的高脱除率，要求结构设计能够 保证获得流动场、温度场和反应物浓度场的相应均匀程度。1.2.2.1脱硝效率对SCR系统的性能考核标准主要集中在脱硝率以及出口NOx的浓度偏差系数Cv两个指标上。从试验结果可看出，其反应器的平均脱硝率为64.35%，脱硝效率性能指标满足首期> 60%要求。 1.2.2.2 出口 NOx分布调节从SCR出口

19、 NOx浓度数据可知，B反应器出口 NOx的浓度分布不均匀，如图 6,其Cv达 到47.4%,超过了 30%,不能达到国家规定的项目达标要求，为此特调节供应管道上的手动 节流阀以得到比较均匀的出口 NOx的浓度分布。每个反应器各有 9根供应支管，每根支管上 面有3个喷嘴，共27个喷嘴，这27个喷嘴组成了右半部分和左半部分双层喷射面。在SCR系统运行初始时的所有氨的喷射支管上的流量孔板都在中间位置，测得此时各管的压差数值。 在初始工况，各喷氨支管的手动节流阀都在中间位置。在此工况下，左右墙各支管的氨流量基本相等，前墙各支管的氨流量也基本相同，即两层喷射格栅的喷氨量基本均匀。在考虑了反应器入口的烟

20、气流速分布之后，我们认为B1、B2处烟气流速过小使得该处的氨氮比远高于其他位置，造成出口 NOx浓度偏差过大的主要原因。因此需要降低该处的喷氨量，将该处支管的手动节流阀减小， 而在此工况下出口 NOx的浓度偏差的到明显下降 （如图6）,此时NOx 的浓度偏差系数Cv降到24.39%,达到项目验收标准。A反应器出口 NO炊度偏差CV=11.5%口系列1系列2口系列3口系列412345口系列1-24.18-3.483.72-15.0820.42系列2-22.78-1.284.6214.62-7.88口系列3-28.78-10.78-7.48-12.38-14.18水平横向测点12图5 SCR-A反

21、应器出口 NO农度偏差NO泻均值偏差(mg/Nm3)50 40 30 20 10 -1(0 -20 -30 -40S3S1512 Q2 3 4纵向测点口系列1系列2口系列3口系列4B反应器出口 NOX度偏差CV=24.39%调整后)水平横向测点12345口系列1-6.30.130.3-4-26.3系列2-2019.145-1.5-30口系列3-917.78.2-24.2-39on -7a con c4 C C系列423.76.239.6-12.9-16.3图6 B-SCR出口浓度偏差(调整前后)1.2.2.3 NH3 逃逸率从试验结果看，试验工况下，氨逃逸6%O/ 1.62 L/L，小于性能保

22、证值3L/L。SCR反应器内的催化剂按照“ 2 + 1”模式布置，初装 2层。催化剂的性能保证期为20000小时，在性能保证到期时的脱硝效率与氨逃逸分别为60%与3此/L。催化剂活性的惰化、催化剂小孔的堵塞、烟气流速及NH3/NO分布不均匀等对脱硝性能均有影响，为了弥补这些因素的影响，国外在初装催化剂时一般会预留3050%裕量。因此在性能考核试验时，氨的逃逸较小。本工程两台锅炉的脱硝装置通烟气时间已经超过一年，这会导致催化剂活性有一定程度的降低，并增加氨的逃逸。1.2.2.4 SO2 转化率因SC阪应器入口烟气温度远低于设计值，致使SO/SO3转化率相对较低，从试验结果来看，SO/SO3转化率

23、仅为0.29%,小于性能保证值1.0% L/L。SCR脱硝反应发生在含有 SO2的烟 气中，SO2会在催化剂的作用下被氧化成 SO3。这一反应对于SCR脱硝反应而言是非常不利 的。因为SO3可以和烟气中的水以及 NH3反应，从而生成硫酸氨和硫酸氢氨。而这些硫酸盐(尤其是硫酸氢氨)可以沉积并集聚在催化剂表面。在温度为200290C的范围内，烟气中的氨与SO3和H2O反应生成硫酸氢氨(NH4HSO4): NH3+SO3+H2O= NH4HSO4。(5)为防止这一现象的发生，SCR反应的温度至少要高于 300 C。而从测试SCR入口的烟温均在300 C以上，其转化率较小。速度场、温度场和 NH 3/NOx摩尔比分布的不均匀性，对不同设计脱硝率的影响是不 一样的，当要求脱硝率高的时候，速度场、温度场和NH 3/NOx摩尔比分布的均匀度要求也局。一般来讲，仅仅保证在额定运行状态下达到均匀度要求是比较容易做到的，而为了能 够使所有的运行状态都能达到最佳的结果，则要困难得多，只有采取一系列综合措施才行。这些措施通常包括氨喷射截面上流动的调整、相连管道中流动的调整以及反应器入口处流动的调整。当火电厂SCR装置投运之后，为保持 SCR装置高效、经济、安全的运行，对喷氨格 栅的调整、催化剂的管理和控制氨逃逸量就将成为火电厂主要的工作。1.3小结(1) 、SCR系统的性能考核标准主要集中在脱硝率以及