SCR对脱硝效率及SO转化率影响分析SCR脱硝效率影

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，

2、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NO浓度及其分布t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

4、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, 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1SCR装置的设计参数项目单位数据备注烟气流量t/h1305Nm 3/h1010466湿基入口烟02%4干基气成分H20%8湿基SOxaL/L500干基飞灰浓度g/Nm 323NOxmg/Nm 3<450 (max600 )干基、6%O 2SCR性NOx（干基）mg/Nm 3180 （首期）45 （远

5、期）参数脱硝效率%60（首期）90 （远期）100%ECRNH3逃逸aL/L<3干基，6%O 2 Vol.SO2/SO 3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9X3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.、氨管iTr小了±lTr调节阀44.- , - 41 1A 一 一 丁 一 UII7 J31 JMi?/ i u-,1 上工 i J -£fclflsx?T

6、一 u -= 1l.T、烟道、喷嘴J有曷计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） 小意图1.1.2 NOx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。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 SC

7、R反应器的进口和出口烟道截面，采用等截面网格 法（进口 7X4,出口 5X4）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。2浓度在线分析仪，通过测量烟道截面的NO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省煤器 SO2、SO3NO 及。2,管用后效率波动图2 NO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

8、。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3 NO和O 2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。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

9、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45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：Cso 3, exCso 3, in Kso 2 3232 * 100% (1)Cso 2, in式中：Kso2 SO2/SO 3转化率，;Cso3,ex SCR反应器出口的 SO3平均浓度，a L/L6%O 2；Cso3,in SCR反应器入口的 SO3平均浓度，a

10、L/L6%O 2；Cso2,in SCR反应器入口的 SO2平均浓度，a L/L6%O 2图5 SO 2/SO 3米样系统下意图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NO x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%。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DCSNm 3/h113.792.4入口 NOx6%O 2 (DCS)mg/Nm 3412

11、.5438.5出口 NOx6%O 2 (DCSmg/Nm 3185.5233.1实测入口 NOx6%O 2mg/Nm 3429.4423.7实测出口 NOx6%O 2mg/Nm 3122.7128.8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 2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 x浓度分布NOx-mg/Nm 3A反应器进口6%O 212345671395.2398.2406.0412.8428.1448.2496.92386.6382.7398.6405.

12、3464.8480.4507.33372.9392.3413.9439.4462.9488.7498.64304.8344.7429.7424.8450.6460.3492.5最大507.3最小304.8平均值428.1入口分布标准11.5偏差表4 SCR-B反应器进口 NO x浓度分布NOx-mg/Nm 3B反应器进口6%O 276543211477.5463.2472.9449.3448.0464.9450.42493.3468.4458.9471.8424.9445.1446.73507.1473.3489.4496.5451.5443.1412.44511.2509.1474.9445

13、.1471.0451.0449.2最大511.2最小412.4平均值入口分布标准465.05.3偏差1.2.1.3 SCR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5 SCR- A反应器出口 NO x浓度分布（调整后）NOx-mg/Nm3A反应器出口6%O 2123451132.1152.8160.0141.2176.72133.5155.0160.9170.9148.43127.5145.5148.8143.9142.14171.4162.9179.1181.2191.7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-

14、 B反应器出口 NOx浓度分布（调整前）NOx-mg/Nm3B反应器出口6%O 2543211188.0208.3220.0134.435.12196.8240.8247.4125.138.03183.5228.3202.0109.644.24207.5223.3253.6123.526.5最大253.6最小26.5平均值161.8出口分布标准47.4偏差脱硝效率65.20表7 SCR-B反应器出口NO x浓度分布（调整后）NOx-mg/Nm3B反应器出口6%O 2543211135.7142.1172.3138.0115.72122.0161.1187.0140.5112.03133.015

15、9.7150.2117.8103.04165.7148.2181.6129.1125.7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69.461.2.1.4 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 心 L/L 和 1.62 心 L/L。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1.621.2.1.5 SO2/SO3 转化率SCR反应

16、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% o催化剂的设计运行温度为 380 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7SO2/SO 3转化率测试结果工况反应入口温入 口 SO2入 口 SO 3出口 SO 3SO2/SO 3SO 2/SO 3希度转化率平均值单位C111%L/L6%O2L/L6%O 2L/L6%O 2300MWB3643070.471.790.430.290工况A2660.140.540.15表6氨逃逸测试结果（单位：心L/L

17、6%O 2）1.2.2 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1MW300301氨逃逸6%O 2WL<3.01.62SO2/SO 3转化率%<1.00.29脱硝效率6063.35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

18、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 或示，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 C coefficient of variation ）来表述参数在烟道截面的均匀程度23 ,则有:Cv£100%(2)式中：匚n：E(Xi-X)2 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 脱硝效率又tSCR系统的性能考核标准主要集中在脱硝率以及出口NO x的浓度偏差系数

19、 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 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1K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

20、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。图5 SCR-A反应器出口 NO x浓度偏差图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

21、，氨逃逸6%2她1.62 aL/L,小于性能保证值3心L/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心L/L。催化剂活性的惰化、催化剂小孔的堵塞、烟气流速及NH 3/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取应器入口烟气温度远低于设计值，致使SO/SO

22、3转化率相对较低，从试验结果来看，SC2/SO3转化率仅为0.29%,小于性能保证值1.0%aL/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200290 c的范围内，烟气中的氨与SO3和H2O反应生成硫酸氢氨（ NH 4HSO4）：NH 3+SO 3+H 2O= NH 4HSO4。（ 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 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 高。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