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1、SCR对脱硝效率及SO2转化率影响分析王杭州（厦门华夏夏电力公司司，厦门，33610226）摘 要：本文通过过300MMW机组脱脱硝的性能能试验,测测试SCRR脱硝效率率及NOXX浓度及其其分布试验验以及对SSO2转化成SOO3影响进行行测试分析析，探讨与与分析烟气气脱硝工程程性能试验验所采用的的方法、手手段及评价价依据，为为日益增多多的烟气脱脱硝系统提提供性能试试验的技术术借鉴与实实践参考。关键词：性性能试验；选择性催催化还原技技术(SCCR)；SSO2NOx作为为燃煤电厂厂的主要污污染物之一一，在烟尘尘与SO22污染逐步步得到控制制后，正日日益引起重重视。影响响SCR系统统的因素多多（烟气
2、条条件、环保保要求、排排烟条件、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NOX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
3、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。1.1 样品的采集集与测试测试方法总总体描述为为：在每台台SCR反反应器的进进出口烟道道截面上，采采用网格法法（进口228点，出出口20点点）逐点采采集烟气样样品，用NNGA20000多功功能分析仪仪测量烟气气中的NOO与O2，以此来来获得每台台反应器的的脱硝效率率。为了分分析烟气通通过催化剂剂后的SOO2/SO3转化率，需需要用化学学法在省煤煤器出口和和SCR反反应器出口口烟道同时时采集烟气气样品，以以分析SOO2与SO3浓度。通通过在每台台反应器出出口5点烟烟气取样，来来分析烟气气中的氨逃逃逸浓度。1.
4、1.1 SCR设计计参数每台锅炉配配备两台三三分仓容克克式空气预预热器，在在省煤器与与空预器之之间，由上上海电气石石川岛电站站环保工程程有限公司司设计安装装了两台高灰型SCCR烟气脱脱硝装置。脱硝硝反应器采采用“21”的催化剂剂布置模式式，初装两两层美国康康宁公司提提供的蜂窝窝型催化剂剂（节距77.0mmm，22222孔，0.88mm壁厚厚），每层层催化剂上上方安装33只半伸缩缩式蒸汽吹吹灰器。SSCR反应应器入口安安装了格栅栅式喷氨系统，每台台反应器设设置9只手动调调节阀，采采用分区调节的的方式来控控制喷氨后的NNH3/NO分分布。表1 SSCR装置置的设计参参数项目单位数据备注烟气流量t/
5、h1305Nm3/hh10104466湿基入口烟气成成分O2%4干基H2O%8湿基SOxL/L500干基飞灰浓度g/Nm3323NOxmg/Nmm3450（mmax6000）干基、6%O2SCR性参参数NOx(干干基)mg/Nmm3180（首首期） 445（远期期）脱硝效率%60(首期期) 90（远远期）100%EECRNH3逃逸逸L/L3干基，6%O2 Voll.SO2/SSO3转化率%1系统阻力Pa10000喷氨的均匀匀性是保证证良好脱硝硝效率及减减少氨逃逸逸率的关键键，为保证证喷氨的均均匀性，每每个SCRR反应器设设有93根伸入入烟道的注注氨支管，每每根支管上上有10个个不锈钢喷喷头，即
6、227根注氨氨支管与2270个喷喷嘴组成了了注氨格栅栅(AIGG)（见图图1注氨格格栅示意图图），均匀匀地分布在在SCR进进口侧烟道道的截面上上。另外，在在注氨支管管上设置了了流量调节节阀、节流流孔以及差差压计，用用于调整注注入氨量的的均匀性。图1 注注氨格栅(AIG)示意图氨管调节阀流量计烟道喷嘴1.1.2 NOx与OO2浓度测量量在每台SCCR反应器器的进出口口烟道截面面上，采用用网格法（进进口28点点，出口220点）逐逐点采集烟烟气样品，用用NGA22000多多功能分析析仪测量烟烟气中的NNO与O22，以此来来获得每台台反应器的的脱硝效率率。为了分分析烟气通通过催化剂剂后的SOO2/SO
7、3转化率，需需要用化学学法在省煤煤器出口和和SCR反反应器出口口烟道同时时采集烟气气样品，以以分析SOO2与SO3浓度。此此外，每个个试验工况况都采集了了入炉煤和和飞灰（空空预器出口口撞击灰）样样品。在每每台SCRR反应器的的进口和出出口烟道截截面，采用用等截面网网格法（进进口74，出口口54）布置置烟气取样样点（图22），分析析各采样点点烟气中的的NO与OO2含量，从从而获得烟烟道截面的的NO与OO2分布，并并计算每台台反应器的的脱硝效率率。每台SSCR反应应器的进出出口均已安安装了NOO和O2浓度在线线分析仪，通通过测量烟烟道截面的的NO与OO2浓度分布布，可找出出在线监测测分析仪的的显示
8、值与与实际NOO与O2浓度之间间的关系，以以此来连续续监测每个个试验工况况期间的脱脱硝效率波波动。空预器省煤器第一层催化剂第一层催化剂备用层SO2、SO3NO及O2取样点注氨NO、O2取样点图2 NNO与O2浓度的采采样点采样泵1采样泵2过滤器冷凝器预过滤器蠕动泵混合器取样管烟气中的NNO浓度的的测量参考考美国EPPA7EE标准。采采用ROSSEMOUUNT公司司的NGAA20000型烟气分分析仪逐点点测量。首首先用不锈锈钢管将烟烟气引出至至烟道外，然然后经过水水洗除尘、除除氨器除氨氨、烟气预预处理装置置清洁、除除湿、冷却却，最后接接入NGAA20000型烟气分分析仪进行行分析。NOx取样与分
9、分析系统见见图3。每每个试验工工况结束后后，根据各各取样点的的NO与OO2浓度，将将NO修正正到6%氧氧量下，加加上5%NNO2，可获得得各取样点点的NOxx浓度。图3 NNO和O22的取样分分析系统1.1.3 NH3逃逸逸测量烟气中气态态氨的样品品采集执行行美国EPPA CTTM0277标准，图图4是样品品采集系统统的示意图图，用硫酸酸溶液作为为氨的吸收收液，用离离子色谱仪仪进行浓度度分析。采采样点位于于SCR反反应器出口口水平烟道道，每侧55个取样孔孔。引风机过滤器加热器300H2SO4取样点烟气流量计图4 烟气气中的NHH3取样系统统1.1.4 SO2/SSO3转化率在脱硝反应应器的进出
10、出口烟道同同时测量SSO2和SO3浓度，可可获得烟气气通过SCCR反应器器后的SOO2/SO3转化率。在在每台反应应器的入口口水平烟道道选择两个个烟气取样样孔，采用用图455所示系统统同时采集集SO2与SO3样品；在在反应器出出口水平烟烟道选取两两个烟气取取样孔，也也采用图55所示系统统采集SOO3样品。用用离子色谱谱仪分析所所采集样品品中的硫酸酸根离子浓浓度，可折折算出烟气气中的SOO2、SO3浓度。SSO2/SO3转化率的的计算公式式如下： （11）式中：SSO2/SO3转化率，%；SCR反反应器出口口的SO33平均浓度度，L/L6%O22；SCR反反应器入口口的SO33平均浓度度，L/L
11、6%O22；SCR反反应器入口口的SO22平均浓度度，L/L6%O22。采样加热到260石英棉冷凝管过滤器烟气采样器干燥器冰槽75吸收瓶图5 SOO2/SO3采样系统统示意图1.2 结果与讨论论1.2.1 测试结果1.2.1.1 SCR进出出口NOx浓度测试试SCR装置置的脱硝效效率试验时时的脱硝效效率设定值值、喷氨量量、SCRR反应器进进出口的实实测NOxx浓度见表表2。SCCR脱硝效效率（DCCS）设定定值为600.7663.9%，实际脱脱硝效率约约为70.51774.644%。表2 锅锅炉的脱硝硝效率项目单位300MWW工况下反反应器SCR反应应器BA设定脱硝效效率（DCCS）%60.7
12、63.9喷氨量DDCSNm3/hh113.7792.4入口NOxx6%OO2（DCSS）mg/Nmm3412.55438.55出口NOxx6%OO2（DCSSmg/Nmm3185.55233.11实测入口NNOx66%O2mg/Nmm3429.44423.77实测出口NNOx66%O2mg/Nmm3122.77128.88实际脱硝效效率%71.43369.6平均脱硝效效率%70.511备注：DCCS显示的的NOx6%O22为NO的质量量浓度，本本表中数据据已经转换换成NO22的浓度。1.2.1.2 SCR进口口NOX浓度分布布表3 SSCR-AA反应器进进口NOXX浓度分布布NOx-mmg/N
13、mm36%O22A反应器进进口12345671395.22398.22406.00412.88428.11448.22496.992386.66382.77398.66405.33464.88480.44507.333372.99392.33413.99439.44462.99488.77498.664304.88344.77429.77424.88450.66460.33492.55最大507.33最小304.88平均值428.11入口分布标标准偏差11.5表4 SSCR-BB反应器进进口NOXX浓度分布布NOx-mmg/Nmm36%O22B反应器进进口76543211477.55463.2
14、2472.99449.33448.00464.99450.442493.33468.44458.99471.88424.99445.11446.773507.11473.33489.44496.55451.55443.11412.444511.22509.11474.99445.11471.00451.00449.22最大511.22最小412.44平均值465.00入口分布标标准偏差5.31.2.1.3 SCR出口口NOX浓度分布布（以B反反应器为例例，分别测测出调整前前后偏差值值）表5 SCCR- AA反应器出出口NOXX浓度分布布（调整后后）NOx-mmg/Nmm36%O22A反应器出出
15、口123451132.11152.88160.00141.22176.772133.55155.00160.99170.99148.443127.55145.55148.88143.99142.114171.44162.99179.11181.22191.77最大191.77最小127.55平均值156.33出口分布标标准偏差11.5脱硝效率63.5 表6 SSCR- B反应器器出口NOOX浓度分布布（调整前前）NOx-mmg/Nmm36%O22B反应器出出口543211188.00208.33220.00134.4435.12196.88240.88247.44125.1138.03183.
16、55228.33202.00109.6644.24207.55223.33253.66123.5526.5最大253.66最小26.5平均值161.88出口分布标标准偏差47.4脱硝效率65.200表7 SSCR-BB反应器出出口NOXX浓度分布布（调整后后）NOx-mmg/Nmm36%O22B反应器出出口543211135.77142.11172.33138.00115.772122.00161.11187.00140.55112.003133.00159.77150.22117.88103.004165.77148.22181.66129.11125.77最大181.66最小103.00平
17、均值142.00出口分布标标准偏差24.399脱硝效率69.4661.2.1.4 NH3逃逸逸烟气中的气气态氨逃逸逸取样在SSCR反应应器的出口口水平烟道道，每侧烟烟道选择55个取样孔孔。氨逃逸逸取样与脱脱硝效率的的测试同时时进行，具具体测试结结果见表66。选取22个工况对对应的氨逃逃逸分别为为2. 666L/L和和 1.662L/L。表6 氨氨逃逸测试试结果（单单位：L/L6%O22）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/SSO3转化率SCR反应应器进出口口烟气中的的S
18、O2与SO3测试数据据分析结果果汇总于表表7。SOO2/SO3转化率约约为0.229%。催催化剂的设设计运行温温度为3880，实实测省煤器器出口烟气气温度只有有364与3488，这不不仅降低了了催化剂的的反应活性性，而且抑抑制了烟气气通过催化化剂时SOO2向SO3的转化。表7 SSO2/SO3转化率测测试结果工况反应器入口温度入口SO22入口SO33出口SO33SO2/SSO3转化率SO2/SSO3平均值单位L/L6%O22L/L6%O22L/L6%O22%300MWW工况B3643070.471.790.430.2900A2660.140.540.15 1.2.2 讨论综上所述， SCR装装
19、置的脱硝硝效率、氨氨逃逸及SSO2/SO3转化率均均达到要求求。最终的的性能考核核结果汇总总于表8。表8 SSCR性能能考核结果果项 目单位性能保证值值工况1负 荷MW300301脱硝效率%6063.355氨逃逸66%O2L/L3.01.62SO2/SSO3转化率%1.00.29催化反应器器内的流动动场、温度度场和反应应物浓度分分布越均匀匀，化学反反应的效率率越有保障障，而SCCR反应器器入口处的的流动、温温度和反应应物浓度的的分布的均均匀性更是是显得尤为为重要，因因为入口处处的状况将将影响SCCR的整体体性能。为了更加清清楚的分析析SCR反应应器的运行行特性，参参照锅炉性性能试验的的方法在S
20、SCR进出出口的烟道道取24个测点点测量其局局部的烟气气流速、氧氧量、温度度、NOxx含量等等等，按算术术平均值（如如下式4-4）计算算出其截面面参数的平平均值1 用表示。所有空间间点上Xii的均方差差用表示，流流动速度、温温度和反应应物浓度等等物理量的的不均匀度度常用偏差Cv（coeffficiient of vvariaationn）来表述述参数在烟烟道截面的的均匀程度度23，则有：（22）式中：.（3）（4）高性能指标标的SCRR系统，主主要是指氨氨的低逃逸逸率和NOOx的高脱脱除率，要要求结构设设计能够保保证获得流流动场、温温度场和反反应物浓度度场的相应应均匀程度度。1.2.2.1 脱
21、硝效率对SCR系系统的性能能考核标准准主要集中中在脱硝率率以及出口口NOx的浓度偏偏差系数CCv两个指指标上。从从试验结果果可看出，其其反应器的的平均脱硝硝率为644.35，脱脱硝效率性性能指标满满足首期60%要要求。1.2.2.2 出口NOXX分布调节节从SCR出出口NOXX浓度数据据可知，BB反应器出出口NOx的浓度分分布不均匀匀，如图66，其Cvv达到477.4%，超超过了300，不能能达到国家家规定的项项目达标要要求，为此此特调节供供应管道上上的手动节节流阀以得得到比较均均匀的出口口NOx的浓度分分布。每个个反应器各各有9根供供应支管，每每根支管上上面有3个个喷嘴，共共27个喷喷嘴，这
22、227个喷嘴嘴组成了右右半部分和和左半部分分双层喷射射面。在SSCR系统统运行初始始时的所有有氨的喷射射支管上的的流量孔板板都在中间间位置，测测得此时各各管的压差差数值。在在初始工况况，各喷氨氨支管的手手动节流阀阀都在中间间位置。在在此工况下下，左右墙墙各支管的的氨流量基基本相等，前前墙各支管管的氨流量量也基本相相同，即两两层喷射格格栅的喷氨氨量基本均均匀。在考考虑了反应应器入口的的烟气流速速分布之后后，我们认认为B1、BB2处烟气气流速过小小使得该处处的氨氮比比远高于其其他位置，造造成出口NNOx浓度偏差差过大的主主要原因。因因此需要降降低该处的的喷氨量，将将该处支管管的手动节节流阀减小小，
23、而在此此工况下出出口NOx的浓度偏偏差的到明明显下降（如如图6），此此时NOx的浓度偏偏差系数CCv降到244.39%，达到项项目验收标标准。图5 SCCR-A反反应器出口口NOX浓度偏差差图6 BB-SCRR出口浓度度偏差（调调整前后）1.2.2.3 NH3逃逸逸率从试验结果果看，试验验工况下，氨逃逸6%O2为1.62L/L，小于性能保证值3L/L。SCR反应器内的催化剂按照“21”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3L/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
24、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。本工程两台台锅炉的脱脱硝装置通通烟气时间间已经超过过一年，这这会导致催催化剂活性性有一定程程度的降低低，并增加加氨的逃逸逸。1.2.2.4 SO2转化化率因SCR反反应器入口口烟气温度度远低于设设计值，致致使SO22/SO3转化率相相对较低，从从试验结果果来看，SSO2/SO3转化率仅仅为0.229%，小小于性能保保证值1.0%LL/L。SCR脱硝硝反应发生生在含有SSO2的烟气中中，SO2会在催化化剂的作用用下被氧化化成SO3。这一反应应对于SCCR脱硝反反应而言是是非常不利利的。因为SO3可以和
25、烟烟气中的水水以及NHH3反应，从而生成成硫酸氨和和硫酸氢氨氨。而这些硫硫酸盐(尤其是硫硫酸氢氨)可以沉积积并集聚在在催化剂表表面。在温度为为200290的范围内内，烟气中中的氨与SSO3和H2O反应生生成硫酸氢氢氨（NHH4HSO4）：NH3+SSO3+H2O= NNH4HSO4。（5）为防止这一一现象的发发生，SCCR反应的的温度至少少要高于3300。而从测试试SCR入入口的烟温温均在3000以上，其其转化率较较小。速度场、温温度场和NNH3/NOxx摩尔比分分布的不均均匀性，对对不同设计计脱硝率的的影响是不不一样的，当当要求脱硝硝率高的时时候，速度度场、温度度场和NHH3/NOxx摩尔比
26、分分布的均匀匀度要求也也高。一般来讲，仅仅仅保证在在额定运行行状态下达达到均匀度度要求是比比较容易做做到的，而而为了能够够使所有的的运行状态态都能达到到最佳的结结果，则要要困难得多多，只有采采取一系列列综合措施施才行。这这些措施通通常包括氨氨喷射截面面上流动的的调整、相相连管道中中流动的调调整以及反反应器入口口处流动的的调整。当火电厂SSCR装置置投运之后后，为保持持SCR装置置高效、经经济、安全全的运行，对对喷氨格栅栅的调整、催催化剂的管管理和控制制氨逃逸量量就将成为为火电厂主主要的工作作。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出口NOx的浓度偏差系数Cv两个指标
27、上，虽然SCR脱硝效率达到性能要求，但往往在调试初期NOx的浓度偏差系数Cv过大，甚至随运行时间Cv也可能会变大，调试时可通过调整各喷氨支管的手动节流阀进行细调，使出口NOx浓度控制在合格偏差之内。（2）、控控制氨逃逸逸对锅炉安安全经济运运行非常重重要，氨逃逃逸率增加加，一方面面氨的运行行成本增大大，另一方方面逃逸氨氨与SO33和H2O反应生生成硫酸氢氢氨（NHH4HSO4）机会增增加，易造造成锅炉后后续设备积积灰、堵塞塞等。（3）、提提高脱硝率率可能会造造成氨逃逸逸的增加，在在保证脱硝硝率达到要要求时，同同时要控制制氨逃逸的的要求。（4）、SSCR反应应器入口烟烟气温度低低，致使SSO2/S
28、O3转化率相相对较低，但但在温度低低至20002900的范围内内，烟气中中的氨与SSO3和H2O反应生生成硫酸氢氢氨（NHH4HSO4），因此此运行中，重重视SO2/SO3转化率同同时，注重重保证SCCR入口烟烟温在合格格范围内，温温度过高或或过低都不不可取。参考文献：1 岑岑可法. 锅炉燃烧烧试验研究究方法及测测量技术M.水水利电力出出版社，北北京，199952 KK.J.RRogerrs, PP.S.NNolann. SCCR Reeactoor Peerforrmancce Prrofilling and Resuults AnallysissC.The UU.S.EEPA/DDOE/EEPRI Combbinedd Powwer PPlantt Airr Polllutaant CContrrol SSympoosiumm, Auugustt20-233, 200013 AA.N. Sayrre，M.G. Millobowwski，Valiidatiion oof Nuumeriical Modeels oof Fllow TThrouugh SSCRUnitss C. EPPRI-DDOE-EEPA CCombiined Utillity Air Polllutannt Coontrool Syympossium. Auggust16-200, 1999915