唐超，趙洪成

（江蘇淮陰發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇 淮安 223002）

脫硝改造技術(shù)在300MW機(jī)組上的應(yīng)用

唐超，趙洪成

（江蘇淮陰發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇 淮安 223002）

介紹了江蘇淮陰發(fā)電有限責(zé)任公司300MW機(jī)組的設(shè)備概況，針對(duì)該公司設(shè)備和場(chǎng)地的實(shí)際情況，分析了脫硝技術(shù)的特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上實(shí)施了脫硝改造，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)出口煙道布置、脫硝裝置的流場(chǎng)分布及鋼結(jié)構(gòu)采取了優(yōu)化措施，取得了較好的效果。

選擇性催化還原法；脫硝改造技術(shù)；優(yōu)化布置

0 引言

選擇性催化還原（SCR）法煙氣脫硝技術(shù)的脫硝效率最高可達(dá)90%以上，該技術(shù)是當(dāng)前最為成熟可靠的脫硝技術(shù)。該技術(shù)的關(guān)鍵是在保證脫硝效率的同時(shí)還有控制NH3的逃逸率和SO2的轉(zhuǎn)化率的功能，可保證SCR系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。催化劑是整個(gè)SCR系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵，催化劑的設(shè)計(jì)和選擇是由煙氣條件、組分來(lái)確定的，影響其設(shè)計(jì)的3個(gè)因素是NOx脫除率、NH3的逃逸率和催化劑體積。主要有板式、蜂窩式和波紋板式3種類型。

1 設(shè)備概況

江蘇淮陰發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱淮陰發(fā)電公司）＃3機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)汽包爐，該鍋爐為單爐膛、四角切圓燃燒、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、燃煤、固態(tài)排渣類型。鍋爐呈П型布置，爐膛四周布滿水冷壁，爐膛上部布置過(guò)熱器分隔屏和過(guò)熱器后屏，爐膛出口處布置再熱器前屏和末級(jí)再熱器。在水平煙道布置末級(jí)過(guò)熱器。尾部豎井煙道布置低溫過(guò)熱器和省煤器。

2 脫硝技術(shù)的特點(diǎn)

2.1 反應(yīng)器、進(jìn)出口煙道的布置（特色之一）

因＃3機(jī)組靜電除塵器改造需要增加一個(gè)電場(chǎng)，因此靜電除塵器煙道需水平前移5.5m，使得脫硝裝置及其支撐鋼架的布置空間十分有限。常規(guī)的脫硝裝置按鍋爐中心線鏡像布置，現(xiàn)場(chǎng)條件已無(wú)法滿足，淮陰發(fā)電公司設(shè)計(jì)人員打破常規(guī)，將SCR反應(yīng)區(qū)中心線偏離鍋爐對(duì)稱中心線1m布置，同時(shí)對(duì)脫硝裝置進(jìn)出口煙道也進(jìn)行了合理偏折，解決了這一難題。反應(yīng)器進(jìn)、出口煙道布置如圖1所示。

圖1 反應(yīng)器進(jìn)、出口煙道布置

2.2 脫硝裝置優(yōu)異的流場(chǎng)分布（特色之二）

對(duì)淮陰發(fā)電公司發(fā)電機(jī)組煙氣脫硝裝置流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)研究。對(duì)初始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，最終布置方案符合相關(guān)規(guī)定。物理模型試驗(yàn)進(jìn)一步確保了優(yōu)化方案的可靠性和合理性，同時(shí)對(duì)SCR系統(tǒng)的飛灰沉降情況進(jìn)行了試驗(yàn)，為工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行檢修提供參考依據(jù)。下面以反應(yīng)器A為例詳細(xì)分析SCR裝置內(nèi)流場(chǎng)的分布規(guī)律。

2.2.1 100%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量（BMCR）工況下速度分布

以優(yōu)化后100%BMCR工況為例，通過(guò)CFD數(shù)值模擬得出SCR裝置立面、噴氨系統(tǒng)上下游斷面、首層催化劑層上游斷面的速度分布趨勢(shì)及流線。模擬結(jié)果表明，A反應(yīng)器系統(tǒng)煙道內(nèi)無(wú)明顯回流區(qū)域；首層催化劑層上游的速度分布均勻性良好，首層催化劑前速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為8.2%，滿足小于15%的設(shè)計(jì)要求。通過(guò)優(yōu)化，SCR裝置內(nèi)的流場(chǎng)得到了很好的改善。

2.2.2 不同流速工況下首層催化劑上游速度分布

通過(guò)CFD數(shù)值模擬，找到不同流速工況下首層催化劑上游的速度分布規(guī)律，并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。數(shù)值模擬結(jié)果表明：A反應(yīng)器首層催化劑上游速度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于15.0%，速度分布均勻性良好；不同流速下速度分布均勻性波動(dòng)較小，速度分布較為穩(wěn)定。

2.2.3 質(zhì)量濃度分布

在100%BMCR工況下，分析了SCR裝置立面、噴氨系統(tǒng)區(qū)域、首層催化劑層上游的氨質(zhì)量濃度分布情況。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，采取增設(shè)導(dǎo)流板等措施，SCR系統(tǒng)的流場(chǎng)得到明顯改善，促進(jìn)了氨氣與煙氣的混合，從而使首層催化劑前的氨質(zhì)量濃度分布均勻性得到改善，說(shuō)明導(dǎo)流板的合理布置對(duì)于優(yōu)化氨質(zhì)量濃度分布具有重要作用。

2.2.4 溫度分布

100%BMCR工況下，首層催化劑層前溫度分布均勻，溫度偏差在2℃以內(nèi)。在氨氮混合過(guò)程中，氨氣會(huì)通過(guò)熱傳遞吸收煙氣中的部分熱量，故煙氣經(jīng)過(guò)噴氨區(qū)域后，煙氣的溫度會(huì)有所下降。

2.2.5 首層催化劑煙氣入射角

在100%BMCR工況的CFD數(shù)值模擬結(jié)果中，從首層催化劑上游速度矢量可以看出，該區(qū)域來(lái)流的垂直性良好，滿足流線與豎直方向的夾角小于10°的技術(shù)要求。

2.2.6 壓力損失

在不同速度工況下，從SCR裝置總體壓力分布趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)中可得到100%BMCR（首層催化劑前平均速度4.15m／s）工況下系統(tǒng)各分段的壓力損失統(tǒng)計(jì)結(jié)果：A反應(yīng)器SCR系統(tǒng)總壓降為945Pa（含3層催化劑），其中3層催化劑層壓降為450 Pa，則A反應(yīng)器的煙道部分壓降為495Pa。

2.2.7 速度分布

在不同流速工況下，通過(guò)物理模擬試驗(yàn)，分別給出了A反應(yīng)器首層催化劑上游的速度分布結(jié)果，物理模擬試驗(yàn)結(jié)果表明：首層催化劑上游速度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于15.0%，速度分布均勻性良好；不同工況下速度分布均勻性波動(dòng)較小，速度分布較為穩(wěn)定。

2.2.8 質(zhì)量濃度分布

首層催化劑上游質(zhì)量濃度分布物理模擬試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 4.1%（小于5.0%），滿足設(shè)計(jì)要求。2.2.9 首層催化劑煙氣入射角

在物理模擬試驗(yàn)中，采用飄帶法測(cè)量了100% BMCR工況下第1層催化劑上游來(lái)流速度方向和豎直方向的夾角，試驗(yàn)結(jié)果表明：流線與豎直方向的夾角滿足小于10°的技術(shù)要求。

2.2.10 壓力分布

物理模擬試驗(yàn)測(cè)得A反應(yīng)器系統(tǒng)總壓降為1340Pa，其中煙道部分壓降為911Pa，3層模擬催化劑的壓降為429Pa。在物理模擬試驗(yàn)壓力分布測(cè)試條件下，催化反應(yīng)段平均風(fēng)速為3.99m／s，密度為

1.139 kg／m3。在實(shí)際100%BMCR工況下，電廠現(xiàn)場(chǎng)煙氣速度為4.15m／s，密度為0.569 kg／m3。根據(jù)壓降換算公式計(jì)算得到電廠現(xiàn)場(chǎng)A反應(yīng)器原型在100%BMCR工況下，煙道部分壓降為492Pa。3層催化劑的壓降設(shè)計(jì)值為450 Pa，則電廠現(xiàn)場(chǎng)100% BMCR工況下，整個(gè)系統(tǒng)的壓降約為942Pa（含3層催化劑）。

2.2.11 飛灰沉降

飛灰沉降試驗(yàn)是在SCR物理模擬系統(tǒng)中投入電廠真實(shí)飛灰，使之在低流速下運(yùn)行一段時(shí)間，觀察SCR系統(tǒng)各段飛灰沉降狀態(tài)，然后調(diào)節(jié)變頻控制系統(tǒng)使系統(tǒng)流速上升，觀察飛灰沉降變化狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明：在低流速下，SCR系統(tǒng)水平煙道、豎直煙道前的轉(zhuǎn)彎煙道、整流格柵前水平煙道有少量積灰；隨著流速的上升，部分沉積的飛灰被高速氣流帶走，積灰量減少。由此可見(jiàn)，電廠高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，SCR系統(tǒng)具有一定的自清灰能力。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化（特色之三）

在新增脫硝設(shè)備的同時(shí)，對(duì)靜電除塵設(shè)備也進(jìn)行了改造，即靜電除塵器喇叭口往鍋爐方向挪動(dòng)了5.5m，直接導(dǎo)致脫硝設(shè)備被壓縮在寬度方向僅15m的區(qū)域內(nèi)。同時(shí)，該區(qū)域上空原有煙道占據(jù)大部分空間，多處支架柱頭被煙道壓住，即全部利用原支架進(jìn)行改造的方案無(wú)法實(shí)施。由于現(xiàn)場(chǎng)立體空間狹小，脫硝柱網(wǎng)的設(shè)計(jì)無(wú)法按常規(guī)進(jìn)行對(duì)稱布置且上部和下部柱網(wǎng)無(wú)法貫通，需要進(jìn)行柱網(wǎng)間的變換才能滿足支撐上部脫硝設(shè)備的要求，同時(shí)下部柱間無(wú)法進(jìn)行斜撐的設(shè)計(jì)。

綜合各方面的考慮，此次脫硝鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用新增3排鋼柱來(lái)承受脫硝煙道的大部分荷載，利用在靠近鍋爐側(cè)的原有柱網(wǎng)來(lái)承受脫硝進(jìn)出口煙道的較小部分荷載，最大程度地減少了對(duì)原有構(gòu)筑物及相關(guān)設(shè)備的影響。同時(shí)，為了消除脫硝鋼架系統(tǒng)的水平力，在系統(tǒng)中心設(shè)計(jì)了井字形鋼支架，通過(guò)桁架將各個(gè)柱子和井字形鋼架拉結(jié)在一起形成整體，最大限度發(fā)揮井字形鋼支架類似核心筒的作用。

3 改造效果

2013年11月，脫硝改造的機(jī)組通過(guò)了168 h試運(yùn)行驗(yàn)收，期間各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如下：NOx脫除率，70%～90%；出口NOx質(zhì)量濃度，80mg／m3（名義工況，下同）以下；氨的逃逸率，小于0.02‰；氨空比，小于3%；氨氮比（NH3／NOx摩爾比），不超過(guò)保證值0.70（80%脫硝效率時(shí)）；脫硝裝置的可用率，100%；BMCR負(fù)荷時(shí)液氨耗量，≤72.2 kg／h（設(shè)計(jì)值≤139 kg／h）；其他消耗，＃3鍋爐SCR系統(tǒng)的負(fù)載功率不高于25 kW。

4 結(jié)束語(yǔ)

淮陰發(fā)電公司脫硝改造因地制宜、因煤制宜、因爐制宜，依據(jù)成熟的脫硝技術(shù)使改造獲得成功。根據(jù)改造現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地情況，采用反應(yīng)器進(jìn)出口煙道偏折、反應(yīng)器支撐鋼架新舊綜合利用的優(yōu)化技術(shù)措施，對(duì)鍋爐燃煤的煤質(zhì)和爐型對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行了優(yōu)化布置，保證流場(chǎng)的均勻、高效。脫硝改造技術(shù)在淮陰發(fā)電

公司330MW機(jī)組上應(yīng)用后，脫硝出口NOx質(zhì)量濃度在80mg／m3左右，降低了NOx排放量，減少了環(huán)境污染，取得了較好的效果。

［1］王杭州，陳進(jìn)生.300MW燃煤機(jī)組增設(shè)煙氣SCR脫硝裝置的技術(shù)改造［J］.鍋爐技術(shù)，2007，38（2）：62-67.

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（本文責(zé)編：王書(shū)平）

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：1674-1951（2015）02-0063-02

唐超（1969—），男，江蘇淮安人，生產(chǎn)技術(shù)部主任，高級(jí)工程師，從事火電廠鍋爐檢修運(yùn)行管理方面的工作（E-mail：likexinsy＠126.com）。

2014-05-21；

2014-10-09