SCR对脱硝效率及SO2转化率影响分析

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)；SO2

NOx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O2，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，22×22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 烟气流量

单位 t/h Nm/h

入口烟气成分

O2 H2O

% %

1

3

数据 1305 1010466 4 8

备注 湿基 干基 湿基

SOx 飞灰浓度 NOx

SCR性参数

NOx(干基) 脱硝效率 NH3逃逸 SO2/SO3转化率 系统阻力

μL/L g/Nm mg/Nm mg/Nm% μL/L % Pa

3 33

500 23

≤450（max600） 180（首期） 45（远期） 60(首期) 90（远期）

≤3 ≤1 ≤1000

干基 干基、6%O2

100ìR 干基，6%O2 Vol.

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9×3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

氨管 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O2，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7×4，出口5×4）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O2浓度在线分析仪，通过测量烟道截面的NO

2

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效率波动。

省煤器 SO2、SO3 NO及O2 第一层催化剂

注氨 第一层催化剂 备用层 NO、O2 取样点

空预器

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。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。

过滤器 采样泵1 采样泵2 冷凝器 混合器 取样管 预过滤器 蠕动泵

图3 NO和O2的取样分析系统

3

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。

取样点 过滤器 引风机 烟气流量计 加热器 300℃ H2SO4 图4 烟气中的NH3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：

Kso2=Cso3,ex-Cso3,in 100% ………………（1）

Cso2,in式中：Kso2－SO2/SO3转化率，%；

Cso3,ex－SCR反应器出口的SO3平均浓度，μL/L@6%O2； Cso3,in－SCR反应器入口的SO3平均浓度，μL/L@6%O2； Cso2,in－SCR反应器入口的SO2平均浓度，μL/L@6%O2。

4

过滤器 采样加热到260℃ 石英棉 冷凝管 烟气 干燥器 75℃ 吸收瓶

采样器 冰槽 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60.7~63.9%，实际脱硝效率约为70.51~74.64%。

表2 锅炉的脱硝效率

项目

SCR反应器

设定脱硝效率（DCS）

喷氨量－DCS 入口NOx@6%O2（DCS） 出口NOx@6%O2（DCS 实测入口NOx@6%O2 实测出口NOx@6%O2 实际脱硝效率 平均脱硝效率

单位 % 3

Nm/h

3

mg/Nm

3

mg/Nm

3

mg/Nm mg/Nm % %

3

300MW工况下反应器 B 60.7 113.7 412.5 185.5 429.4 122.7 71.43

70.51

A 63.9 92.4 438.5 233.1 423.7 128.8 69.6

备注：DCS显示的NOx@6%O2为NO的质量浓度，本表中数据已经转换成NO2的浓度。 1.2.1.2 SCR进口NOX浓度分布

表3 SCR-A反应器进口NOX浓度分布

NOx-mg/Nm @6%O2 1 2 3 4 最大

3

A反应器进口

1 395.2 386.6 372.9 304.8

2 398.2 382.7 392.3 344.7

3 406.0 398.6 413.9 429.7

4 412.8 405.3 439.4 424.8 507.3

5 428.1 464.8 462.9 450.6

6 448.2 480.4 488.7 460.3

7 496.9 507.3 498.6 492.5

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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出口NOx的浓度偏差系数Cv两个指标上，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）、控制氨逃逸对锅炉安全经济运行非常重要，氨逃逸率增加，一方面氨的运行成本增大，另一方面逃逸氨与SO3和H2O反应生成硫酸氢氨（NH4HSO4）机会增加，易造成锅炉后续设备积灰、堵塞等。

（3）、提高脱硝率可能会造成氨逃逸的增加，在保证脱硝率达到要求时，同时要控制氨逃逸的要求。

（4）、SCR反应器入口烟气温度低，致使SO2/SO3转化率相对较低，但在温度低至200~290℃的范围内，烟气中的氨与SO3和H2O反应生成硫酸氢氨（NH4HSO4），因此运行中，重视SO2/SO3转化率同时，注重保证SCR入口烟温在合格范围内，温度过高或过低都不可取。

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参考文献：

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[3] A.N. Sayre，M.G. Milobowski，Validation of Numerical Models of Flow Through SCR Units [C]. EPRI-DOE-EPA Combined Utility Air Pollutant Control Symposium. August 16-20, 1999

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2m8p.html