SCR脫硝改造在125 MW燃煤機組的應用

蔡晶晶，周亞東,吳　斌

(浙江海元環境科技有限公司，浙江　杭州　310051)

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化工機械

SCR脫硝改造在125 MW燃煤機組的應用

蔡晶晶，周亞東,吳斌

(浙江海元環境科技有限公司，浙江杭州310051)

介紹了陜西某熱電廠2×125 MW機組SCR脫硝工藝的方案及改造。本文結合實際經驗，介紹125 MW脫硝工程的設計方法及特點，采用高溫高塵方式布置，包括SCR反應器的優化布置、反應器SCR本體的設計、催化劑的設計、氨區設計等。對遇到的問題進行分析和提出相應的對策，優化了各工藝參數，使工藝得到進一步完善，為系統正常調試、運行提供可靠保證，同時為中小燃煤鍋爐SCR脫硝工藝的工程應用實踐提供參考。

125 MW；SCR脫硝；反應器；CFD；催化劑

我國是能源消耗大國，而NOx的排放70%來自燃煤，在未來相當長的一段時間內，火電仍占我國能源結構中絕大部分[1]。NOx型的減排是我國“十二五”節能減排的新增任務，“十三五”將進一步削減NOx的排放。同時，《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)規定NOx的排放濃度為100 mg/Nm3以內[2]。2015年12月國務院常務會議和環保部等三部委推進的《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》決定全面實施燃煤電廠超低排放，規定NOx的排放濃度為50 mg/Nm3以內[3-4]。

選擇性催化還原法(selective catalytic reduction,SCR)煙氣脫硝技術以其技術成熟、脫硝效率高、二次污染少等優點在燃煤電廠獲得廣泛應用，是現階段我國電力行業NOx控制的主要手段。歐洲、日本、美國政府也將SCR技術作為主要的電廠控制NOx技術[5]。本文通過某熱電廠125 MW機組的工程實例，就燃煤電廠SCR脫硝改造的幾個典型問題進行具體分析，并提出相應對策，為中小型燃煤電廠SCR脫硝改造工程的應用提供參考。

1　SCR脫硝工藝

選擇性催化還原法(selective catalytic reduction,SCR)的原理是一定溫度的煙氣通過SCR進口煙道，與氨噴射格柵(AIG)注入的氨氣充分混合后進入反應器，在催化劑的作用下將NOx還原為N2和H2O，煙氣再到空氣預熱器。還原劑氨氣的來源有液氨、氨水和尿素等。催化劑材料一般為V2O5-WO3(MoO3)/TiO2，適合的溫度范圍為320～420℃。SCR的化學反應如下：

(1)

(2)

2　工程概況

陜西某自備熱電廠發電機組容量為2×125 MW，配置2臺480 t/h的煤粉爐。SCR脫硝采用高溫高塵方式布置，催化劑采用2+1布置方式。SCR反應器采用雙煙道雙SCR反應器形式設計，設計參數詳見表1。

表1　設計參數

3　SCR脫硝改造方案及對策

3.1SCR區設計方案

本工程采用高溫高灰SCR布置，根據爐膛、省煤器、空預器等運行溫度，省煤器出口溫度為385℃，是催化劑的有效反應溫度，因此將SCR反應器布置在二級省煤器出口與空預器入口之間。本工程SCR系統煙道布置特點是：雙煙道雙反應器高灰段無旁路雙出口煙道布置方式。由于現場的場地問題，經過優化布置后，將SCR反應器布置在空預器上方，單個SCR反應器的尺寸為5887 mm×8002 mm，其布置圖詳見圖1。

圖1　SCR結構布置圖

3.2結構加固

由于改造項目沒有預留場地，SCR框架設置在原鍋爐空預器支架結構上部，共增加5層平臺。需要對原結構(包括基礎和支架結構)進行全面的實地調查，并采取相應的加固方案。

原有煙道支架采用獨立柱基基礎，持力層為圓礫層。經勘查和計算后，原有獨立土建基礎無需另外進行加固。新增的SCR結構選型與原鍋爐空預器鋼架的結構形式統一，采用桁架式，并用有限元分析軟件進行整體建模計算。通過建模計算，對原鍋爐空預器鋼架進行局部加固改造，確保結構安全可靠。

3.3CFD優化設計

從以往工程情況來看，如SCR反應器設計不當，使塔內的煙氣濃度、速度等分布不均，極易引起催化劑中毒、磨損以及較高氨逃逸等問題。對SCR反應器的外形結構、入口煙道尺寸、導流板的設置情況及煙道轉彎直徑等需針對具體工程進行個性化設計。因此，采用計算流體力學技術(CFD)的方法進行分析、預測。

利用CFD仿真模擬進行研究，進行優化設計，具體方案為：為滿足催化劑層速度、濃度分布要求，AIG至反應器入口煙道彎頭處加裝了導流板，反應器入口罩進行了重新設計。對重新設計的導流板的形狀、結構尺寸、數量以及安裝位置、安裝角度等基本參數在計算機上進行CFD仿真模擬計算后，得出優化方案。導流板具體安裝位置圖見圖2。

圖2　優化方案導流板位置示意圖(紅色為導流板)

BMCR工況下SCR系統總體的速度分布特性數值模擬結果見圖3。總的看來，在系統中轉彎處和擴口處合理加裝導流板后，較好的控制了速度的流向，沒有出現較大的速度偏差，流場在結構上達到了較理想的程度。

圖3　BMCR工況下SCR系統內流線圖

3.4催化劑的設計

催化劑層為2+1層布置，初裝2層，預留1層備用。這樣可既以達到預定的脫硝效率，又為日后提高的脫硝標準提供預留空間。該鍋爐粉塵濃度為25.243 g/m3，適合采用蜂窩式SCR催化劑，材料由V2O5、WO3、TiO2等組成。這種類型的催化劑模塊化、相對質量比較輕、比表面積大等優點。催化劑部分參數如表2所示。

表2　催化劑參數

3.5氨區設計方案

本工程采用液氨來制備還原劑，液氨儲存、制備、供應系統按2臺鍋爐的液氨使用量設計和施工。液氨由液氨槽車送至液氨儲存區，卸氨壓縮機將槽車內的液氨壓至液氨儲罐儲存。液氨儲罐內的液氨則利用罐內自身的壓力或液氨泵送至液氨蒸發槽，通過廠區來的蒸汽換熱后蒸發為氨氣，通過氣氨緩沖罐來穩定至一定壓力后，經管道送至脫硝系統。液氨儲罐的容量為2×50 m3，材質采用16 MnDR。

整個廠區只有冷卻塔及水池的左側的空地適合布置氨區，但這片空地還有一根電線桿，左下方上空還有110 kV架空線路經過。根據《石油化工企業設計防火規范》(GB50160-2008)規定，需要確保電線桿和110 kV架空線路到氨區最近的設備間距為塔桿的1.5倍，詳見氨區布置圖(圖4)。

圖4　氨區布置圖

4　改造后性能測試

煙氣凈化系統投運后，順利通過了168 h的試運行考核，考核的主要參數見表3，指標均達到設計要求并滿足國家標準。

表3　性能測試結果

5　結　論

通過對陜西某熱電廠125 MW機組SCR脫硝工藝方案及改造的介紹，分析該工程中遇到的問題，如何在改造期間采取CFD優化反應器設計、催化劑的選擇、氨區合理布置等相關問題，是脫硝改造需要關注的重點問題。用實踐工程應用來證實不僅能達到良好的設計效果，而且能使得工藝得到進一步完善，為系統正常調試運行提供可靠保證。

[1]李勝光.火電廠SCR煙氣脫硝氨氣氣化系統模型辨識與方案設計[D].天津：天津大學,2011.

[2]GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標準[S].

[3]國務院常務會議[OL].http://www.gov.cn/guowuyuan/2015-12/02/content_5019050.htm.

[4]環境保護部,國家發展和改革委員會,國家能源局.全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案[OL].http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201512/t20151215_319170.htm.

[5]袁燕明,熊凱,廖偉輝.SCR煙氣脫硝綜合改造在600MW機組的應用[J].中國高新科技企業,2014(23):52-55.

Application of SCR Denitration Transformation in 125 MW Coal-fired Units

CAI Jing-jing,ZHOU Ya-dong,WU Bin

(Haiyuan Environment Science & Technology Co.,Ltd.,Zhejiang Hangzhou 310051,China)

The scheme and the modification of SCR denitration process of 2×125 MW unit in one power plant of Sanxi were introduced.Aimed to combine practical experience,the design features of 125 MW denitration and optimization were described,including the layout optimization of SCR reactor,the design of the SCR reactor body and the design of catalyst.Through the analysis of the problems,the process would be further improved and the operation can be more reliable.It provided engineering practice reference for the denitration process of middle-sized and small coal-fire boilers SCR.

125 MW; SCR denitration; reactors; CFD; catalyst

蔡晶晶(1983-)，女，工程師，主要從事煙氣脫硫脫硝除塵工作。

X701.7

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1001-9677(2016)011-0187-03