合体式烟道、反应器在脱硝工程中的可行性分析

邹红果

（大唐环境产业集团股份有限公司，北京 100091）

合体式烟道、反应器在脱硝工程中的可行性分析

邹红果

（大唐环境产业集团股份有限公司，北京 100091）

介绍了合体式烟道、反应器的布置方式，并对技术经济性以及流场方面进行了可行性分析。

合体式烟道、反应器；流场模拟；可行性分析

随着新的《火电厂大气污排放标准》（GB13223-2011）自2012年1月1日起正式实施，要求新建机组2012年开始、老机组2014年开始，其氮氧化物排放量不得超出100mg/Nm3；2014年9月12日，国家发展改革委员会、环境保护部、国家能源局联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，进一步提高氮氧化物排放要求。为适应日益严格的NOx排放标准，选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术已成为燃煤机组烟气脱硝的主要选择。该技术的反应器布置在锅炉省煤器与空气预热器之间。

对于近几年新建的电厂，在进行锅炉主体工程设计时，已经预留了SCR脱硝装置反应器布置的空间，甚至是预留了脱硝的钢结构荷载，此类机组在进行脱硝改造时，改造难度相对较小，直接将脱硝的烟道和反应器布置在引风机上部空间，通过加固引风机框架或者重新设置钢架，来承受脱硝烟道及反应器的荷载。然而，对于已投运多年、未设脱硝改造空间的老机组，脱硝改造的难度加大，尤其是加装SCR脱硝装置的空间限制，在对SCR脱硝装置的布置及支撑结构等因素进行综合考虑后，出现了一种新型的合体式烟道、反应器［1］，即SCR入口烟道与脱硝反应器采用一体化设计，形成一个受力系统。合体式及分体式烟道、反应器的SCR脱硝系统纵剖示意图分别见图1、图2。

图1　合体式烟道、反应器纵剖图

图2　分体式烟道、反应器纵剖图

1　合体式烟道、反应器介绍

（1）合体式烟道、反应器介绍

合体式烟道、反应器是将脱硝反应器与SCR入口烟道的竖直段紧贴在一起，共用同一烟道壁板。此种布置方案，SCR入口烟道竖直段无需单独支撑，直接将其悬挂在反应器上，组成一个一体化结构。合体式烟道、反应器适用于场地空间有限，送风机检修支架宽度小、送风机检修支架及锅炉钢结构布置较为复杂等特殊情况下的脱硝改造工程。此种布置方案，结构易实现。为了确保烟道和反应器的整体受力情况，要求在烟道、反应器合体前，在与SCR入口烟道水平段相连接处加装非金属膨胀节，将合体烟道与SCR入口的水平段烟道隔离开。

（2）合体式烟道、反应器技术经济分析

合体式烟道、反应器的结构形式，不仅解决了工程建设中，场地受限的问题，而且对于SCR入口烟道竖直段，直接悬挂在反应器上，不需要设置单独的支撑结构，这在一定程度上，不仅减少了反应器以及SCR入口烟道的钢材量，同时降低了钢结构量以及下部的基础加固工程量，具有很好的经济性。合体式烟道、反应器与分体式烟道、反应器的比较，见表1。

（3）合体式烟道、反应器流场分析

在进行SCR工程设计时，计算机流场模拟（CFD）是除催化剂外的脱硝工程成败的另一个关键因素。其目的是通过流场模拟来优化改进催化剂前的SCR入口烟道的导流装置以及喷氨装置的设计，提高烟气在SCR脱硝反应器内的速度分布和氨浓度分布的均匀性［2］，从而确保烟气中的NH3与NOx的最佳混合，降低压损，达到最佳的脱硝效率。

表1　合体式烟道、反应器与分体式烟道、反应器比较

对于合体式烟道、反应器的布置方式，上升烟道急速转为水平烟道，烟气携带的烟尘颗粒在弯头外侧富集，浓度较高且颗粒较大的烟尘主要位于外侧壁面处，转弯上升过程中，由于大颗粒烟尘惯性较大，不易在烟气携带下向整个断面扩散，因此，高浓度、粒径较大的烟尘将被带到催化剂入口断面的中前部，导致中前部的流场不均。为了满足顶层催化剂入口的氨浓度分布和烟气分布均匀性，提出了改进SCR入口断面颗粒浓度场及不同直径颗粒分布均匀的原则，利用CFD计算，在竖直烟道转弯处加装合适的导流装置，确保SCR入口断面流场、颗粒浓度场、颗粒直径的均匀分布。根据多个项目的数值模拟显示，SCR装置内的流动状况良好，第一层催化剂上方速度变异率≤10%，符合给定的流动判断准则，可以达到与分体式烟道、反应器相似的流场结果。

（4）工程应用实例

大唐七台河发电有限公司一期2×350MW机组烟气脱硝改造工程，考虑到锅炉最后一排钢结构的调整难度较大，在进行方案设计时，采用了合体式烟道、反应器结构形式。机组脱硝装置一次投运成功，且能够安全稳定运行，在设计煤种、锅炉BMCR工况、处理100%烟气量条件下，入口NOx含量在450mg/Nm3时，脱硝效率大于80%，并且NH3逃逸率也满足设计要求。大唐长春第二热电有限责任公司1、2号机组（2×200MW）烟气SCR脱硝改造总承包工程，本项目属于老机组改造，主厂房最后一排柱结构为混凝土框架，且与除尘器之间可以支撑脱硝烟道及反应器的钢结构宽度仅为8 000mm，最终确定采用合体式烟道、反应器的结构形式。机组投运后，在设计煤种、锅炉BMCR工况、处理100%烟气量条件下，入口NOx含量在450mg/Nm3时，脱硝效率大于80%，NH3逃逸率同时达标。

衡量SCR脱硝系统的工作质量有2个重要指标：脱硝效率和NH3的逃逸率。以上项目的成功投运，标志着合体式烟道、反应器技术已趋于成熟。

2　结语

在脱硝改造工程中，对于建设场地狭小或者锅炉最后一排钢结构调整难度较大的项目，完全可采用合体式烟道、反应器的布置方案。同时，建议采用流场模拟（CFD）与物理模型试验相结合的方法，通过对SCR入口烟道和反应器内部增设合适的导流装置，消除流场的不均匀性，确保SCR脱硝系统的脱硝效率以及氨逃逸率达标。

［1］周伟，杨卫科，任振业，李鹏.一种脱硝反应器.实用新型专利.CN 202751937 U.

［2］张玉华，张亚平，杨林军.选择性催化还原（SCR）脱硝技术存在的问题及对策.中国环境科学学会学术年会论文集.2013.

Feasibility analysisof combined flueand reactor in denitrification project

ZOUHong-guo
（Datang Environmental Industry Group Co.，Ltd.，Beijing 100091，China）

Thispaper introduces themethod of the arrangementof the type of flue，the reactor'sarrangement，the feasibility of the technology and economy and the flow field.

combined flue；reactor；flow field simulation；feasibility analysis

TK223.28

B

1009-1785（2015）11-0045-02

2015-10-20