SCR脫硝系統計算軟件在工程設計上的應用

高飛++馬務

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.004

摘 要：開發了一套脫硝系統計算軟件，軟件包括尿素法脫硝和氨法脫硝兩種系統設計流程，都具有完整的脫硝物料平衡計算功能及系統各設備選型參數的計算功能，適用于各類燃煤鍋爐SCR脫硝系統的設計工作；軟件支持Excel數據文件的導入導出功能，可連接本地打印機或網絡打印機實現打印，同時具有加密功能，并設置管理員及普通用戶兩種權限。

關鍵詞：脫硝系統 計算軟件 設備選型 物料平衡

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（c）-0004-03

煤燃燒所釋放出的氮氧化物（NOx），是造成大氣污染的主要污染源之一，為降低燃煤電廠污染物排放量，環境保護部、國家發展和改革委員會、國家能源局印發了《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》，具體指導燃煤電廠超低排放工作。方案中明確規定，到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現超低排放（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3）。

目前，降低煙氣中氮氧化物含量的煙氣脫硝技術主要有兩種，選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術和非選擇性催化還原法（SNCR）脫硝技術[1-2]。SCR脫硝技術的特點是脫硝效率高，系統運行穩定，在超低排放的背景下，在燃煤電廠中得到了廣泛的應用[3-4]。

1 SCR系統介紹

選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術是將氨基還原劑（尿素或者氨水）噴入鍋爐省煤器后煙道，在脫硝反應器內，在有催化劑的條件下，煙氣中的NOx被NH3還原成氮氣和水，反應器內煙溫在280℃～420℃之間，是催化劑工作的最佳溫度區間[5-6]。

以氨水為還原劑的脫硝反應為：

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

以尿素為還原劑的脫硝反應為：

4NO+2CO（NH2）2+O2→4N2+2CO2+4H2O

脫硝反應效率主要和催化劑活性、氨氮摩爾比、反應溫度和停留時間有關[7-8]。

2 軟件介紹

在燃煤機組SCR煙氣脫硝工程設計中，需要進行大量設計參數計算，以確定物料消耗、設備參數以及對系統其它環節的影響評估，并且有時需要反復試算才能獲得最佳參數配合，造成了設計參數計算復雜度高、所需時間長，也是設計工作的關鍵控制環節。

為提高工作效率，降低設計人員工作強度，在原有燃煤機組SCR脫硝系統參數計算的基礎上，進行升級優化，開發了SCR脫硝系統計算軟件，使之更適應實際工作需要，提高了工作效率。

SCR脫硝系統計算軟件包括尿素法脫硝和氨法脫硝兩種系統設計流程，都具有完整的脫硝物料平衡計算功能及系統各設備選型參數的計算功能，使用時，將機組SCR反應器入口煙氣參數，脫硝系統設計參數及各設備選型參數輸入軟件的計算界面，點擊計算按鈕，即可得到脫硝系統的物料消耗、各設備的技術參數、煙道不同截面處的煙氣成分等數據。

軟件可將輸入輸出數據生成Excel等文件格式，支持Excel數據文件的導入導出功能，可連接本地打印機或網絡打印機實現打印功能；軟件同時具有加密功能，并設置管理員及普通用戶兩種權限；圖1和圖2為軟件的參數輸入界面和部分計算結果界面。

3 軟件計算實例

某2×650MW機組，鍋爐為超臨界參數、垂直爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼構架、露天布置的∏型鍋爐，型號為B&WB-1900/25.4-M，鍋爐配有帶循環泵的內置式啟動系統。鍋爐采用雙進雙出正壓直吹制粉系統，“W”火焰燃燒方式，并配置濃縮型EI-XCL低NOx雙調風旋流燃燒器。煤質資料見表1。

鍋爐通過低氮燃燒器及SNCR脫硝系統改造，使SCR脫硝反應器入口氮氧化物濃度在500mg/m3以內。為了達到50mg/m3的排放標準，SCR脫硝系統的效率要在90%以上。將SCR反應器入口煙氣參數，脫硝系統設計參數等數據輸入軟件的計算界面，如圖3、圖4所示。

得到的計算數據有脫硝系統液氨和稀釋風的消耗量、液氨儲罐和緩沖罐的具體尺寸、蒸發器所需的換熱面積以及不同煙道截面上煙氣成分等數據，為系統箱罐、管道設計和設備選型提供數據支撐，部分計算結果見圖5。

4 軟件的優點

脫硝設計軟件具有以下幾個優點：

（1）將設計環節進行整合，將全流程集成于軟件內部。軟件將原有分散的各個設計部分進行了統一整合，將設計過程中的煙氣成分換算、物料平衡計算、設備選型計算等主要環節納入軟件整體，實現了數據在各個設計過程中的實時流轉和響應，有效提高了工作效率，降低了設計人員工作強度，提高了設計工作的準確性。

（2）增加用戶權限分配功能和深度加密功能，消除泄密隱患。軟件增加了用戶權限分配功能，為不同使用等級的用戶設置了不同的使用權限和相應的用戶口令，用戶權限和責任劃分更為合理，更加符合實際工作需要，在合理授權的同時，最大限度的規避了因工作流轉而泄密的可能性。

（3）增加必要功能，提高工作效率。在軟件中，可方便的對計算參數和計算結果進行導入和導出，實現設計參數高效、快捷地平行移植復制，方便不同的設計人員進行協同工作；軟件還優化了打印功能，可根據需求實現打印目標，有效提高工作便捷程度。

5 結語

針對目前燃煤機組SCR脫硝設計的局限性，開發了燃煤機組SCR脫硝設計軟件；軟件將煙氣成分換算、物料平衡計算和設備選型計算等設計環節進行了整合，更加貼近設計需求，為設計人員提供了良好的設計環境和操作界面，有效提高了設計工作的執行效率。

參考文獻

[1] 夏懷祥.選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝[M].北京：中國電力出版社，2012.

[2] 龔家猷，李慶.燃煤電廠SNCR與SCR聯合脫硝工藝在國內的首次應用[J].華北電力技術，2011（2）：31-34.

[3] 劉歡.燃煤煙氣鍋爐SCR脫硝反應器流場的數值模擬與優化研究[D].長沙理工大學，2013.

[4] 杜軍，鄭喜洋，程冉冉.SNCR與SCR聯合脫硝工藝軟件的設計[J].工藝裝備，2016（4）：60-63.

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[6] 李清毅，孟煒，吳國潮，等.超低排放脫硝運行狀態及穩定性評估[J].浙江大學學報，2016，12（50）：2303-2310.

[7] 曹宏芳.火電機組SCR脫硝系統性能監測與優化方法的研究[D].華北電力大學，2015.

[8] 牟春風.60MW燃煤機組SCR脫硝系統運行調整研究[D].華南理工大學，2016.endprint