應用SCR氨噴射技術解決空預器硫酸氫銨堵塞問題

應用SCR氨噴射技術解決空預器硫酸氫銨堵塞問題

北極星大氣網  來源:《電站系統工程》

  作者:周健 梁俊傑等  

2018/7/6 8:24:30  我要投稿  

北極星大氣網訊:摘要:某350MW機組SCR增加催化劑按照NO二超低排放運行時，發生了空預器硫酸氫銨ABS嚴重堵塞問題，分析發現SCR入口煙道截面的NH3/NO摩爾比分布小均勻導致局部氨逃逸過大是主要原因。為此，採用CFD數值模擬方法對SCR噴氨格柵(AIG)進行了優化設計改造，並通過現場試驗對AIG噴氨流量分配進行了優化調整。測試結果表明，脫硝反應器出口NO二濃度分布相對標準偏差由改造前的49%降低至11%以內，頂層催化劑上方煙道截面的NH3/NOx摩爾比分布相對標準偏差小於3.1%，消除了局部過高的氨逃逸濃度峰值，減輕了空預器ABS堵塞風險。

關鍵詞：SCR；噴氨格柵；CFD數值模擬；優化設計；噴氨優化調整；超低排放

國內早期建設的SCR煙氣脫硝裝置脫硝效率約60%~85%，當前為滿足50mg/m3的NOx超低排放限值，脫硝效率需提高到90%以上。脫硝效率的提高不僅增加了氨逃逸整體過量風險，也加大了SCR出口煙道截面的局部氨逃逸峰值濃度。根據國內外研究，頂層催化劑入口的煙氣流場分布，尤其是NH3/NO摩爾比分布均勻性是影響局部氨逃逸的直接原因。在新形勢下，為減輕氨逃逸造成的空預器硫酸氫銨ABS堵塞問題，需要改進SCR氨噴射系統，進一步提高頂層催化劑上方煙氣中的NH3/NO摩爾比分布均勻性。

圖1NH3/NO二分布不均勻性對SCR性能的影響

國內某350MW機組，為控制NOx排放達到50mg/m3以下增加了備用層催化劑，但運行過程中出現了嚴重空預器ABS堵塞問題。針對SCR反應器出口NOx濃度分布偏差大和局部氨逃逸峰值高的現象，採用數值模擬方法對氨噴射結構進行設計優化改造，並通過現場測試對氨噴射格柵系統的氣氨流量分配進行了優化調整，結果顯示催化劑上方的NH3/NO摩爾比分布均勻性得到大幅度提高。

1設備概況

該機組於2010年同步配套建設高灰型SCR煙氣脫硝裝置，催化劑層按「2+1」模式布置，初裝2層。採用混合型AIG氨噴射系統(稀疏型噴氨管路+靜態混合器)，每臺SCR反應器沿爐寬方向設置14根噴氨支管，每根支管設置手動調閥控制各支管的噴氨量，每根支管伸入SCR入口煙道後在爐深方向分為3個氨噴嘴(圖2)。這種AIG結構只能通過各支管的手動調閥調整沿爐寬方向的氨氣流量分配，無法調整爐深方向的氨氣流量分配。

圖2原AIG結構俯視圖

備用層催化劑於2014年4月加裝，但在後期運行過程中，空預器堵塞嚴重，機組滿負荷下空預器煙側阻力最高達3.1kPa。氨噴射優化調整試驗結果顯示，反應器出口煙道截面NOx濃度分布沿爐深方向差別較大，以A側為例，同一測孔不同深度測點間的偏差約15~85mg/m3，導致局部氨逃逸過大，這可能是造成空預器硫酸氫銨ABS堵塞的重要原因，而原氨噴射系統對此無法相應調整氣氨分配。

圖3優化調整後A反應器出口NOx分布

註：編號A1-A10為反應器出u截肉從反應器外側牆至鍋爐中心線方向的測孔編號;編號P1-P3代表反應器出u截肉由爐後往爐前的煙氣取樣點編號。

為滿足NOx超低排放和解決空預器ABS堵塞問題，電廠提出3項改造措施:

①低氮燃燒器改造，降低SCR入口NOx濃度，減輕SCR脫硝裝置的NOx處理壓力;

②兩層初裝催化劑再生，提高反應器的整體脫硝效率，防止氨逃逸整體過量;

③氨噴射系統設計優化改造，改善SCR入口NH3/NO摩爾比分布均勻性，消除局部過高的NH3逃逸。

2氨噴射方案CFD優化設計研究

2.1AIG優化概念設計

針對原氨噴射系統存在的上述問題，在保留原有煙道外觀、內部導流板、靜態混合器及整流格柵等結構不變的情況下，考慮進行如下結構改進:原氨噴射系統改為氣氨流量兩方向可調節分配;原直管型噴嘴更換為自身旋流混合型噴嘴，並增加噴嘴數量提高覆蓋面。

2.2反應器建模

兩個SCR反應器沿鍋爐中心線對稱布置，CFD數值模擬僅以一側反應器作為研究對象。CFD數值模擬按照1:1的比例建立SCR反應器系統三維幾何模型，始於鍋爐省煤器出口，止於反應器最下層催化劑出口(圖4)。

圖4SCR反應器三維幾何模型

對SCR模型進行網格劃分，網格總數約為710萬，在噴氨格柵、整流格柵等尺度較小的空間區域進行了網格加密，確保網格離散化後能夠準確地描述幾何實體。單側SCR反應器煙氣參數如表1所示。

表1反應器入口煙氣參數

催化劑層使用Porous多孔介質模型進行模擬，並通過參數調整，保證模擬阻力與實際阻力接近。採用Species物質輸運模型來模擬NH3在煙氣中的混合與擴散，但不涉及化學反應，同時假設煙氣中的NOx分布均勻。

2.3CFD數值模擬研究

為了確保單根支管上各噴嘴流量分配的均勻性，首先對AIG系統單根噴氨支管上不同噴嘴的流量分配進行了CFD模擬研究。如圖5所示，單根噴氨支管上設置4個等間距間隔布置的小噴嘴，CFD模擬結果統計顯示(表2)，各噴嘴流量均勻，為下一步整體計算奠定了單元結構基礎。

圖5單根支管幾何模型

表2單噴氨支管各噴嘴流量統計

為實現AIG氨噴射系統在SCR入口煙道深度和寬度兩個方向的氨氣流量分配調節功能，破除了原有系統僅能進行寬度方向調節的限制，AIG優化設計方案將SCR入口煙道截面沿深度和寬度方向分為2X7=14個控制分區，每個分區由對應支管的手動調閥進行氨氣流量分配控制，每根支管又分為兩根次支管伸入煙道，每根次支管布置多個小噴嘴，噴嘴數量大大增加，增強了截面初態分布的均勻性，有利於氨氣與煙氣更好地混合。為增強噴嘴的氨氣噴射擴散效果，採用了螺旋形噴嘴，同時保留原有靜態混合器，強化混合功能。

將AIG初步設計方案納入整體反應器，進行了多輪CFD數值模擬和方案改進，最終將頂層催化劑層入口NH3濃度分布相對標準偏差優化到了3.9%確定為最終的AIG設計方案(圖6)，並據此實施了AIG氨噴射系統改造。

投稿聯繫：0335-3030550  郵箱：huanbaowang#bjxmail.com（請將#換成@）

北極星環保網聲明：此資訊系轉載自北極星環保網合作媒體或網際網路其它網站，北極星環保網登載此文出於傳遞更多信息之目的，並不意味著贊同其觀點或證實其描述。文章內容僅供參考。