动态喷氨格栅在SCR脱硝工艺中的应用研究

郭浩，陈国伟，李发军，马倩雪

(1.京科高新(北京)环境科学研究所，北京 101111;2.北京中电联环保工程有限公司，北京 100070)

动态喷氨格栅在SCR脱硝工艺中的应用研究

郭浩1，陈国伟1，李发军2，马倩雪2

(1.京科高新(北京)环境科学研究所，北京 101111;2.北京中电联环保工程有限公司，北京 100070)

SCR工艺脱硝效率与NH3/NOx摩尔比，催化剂床层上方气流分布，NH3与烟气混合程度密切相关。借助物理模型模拟某电厂300MW中型机组尾部SCR烟气脱硝反应器，对动态喷氨格栅对催化剂床层上下方测试断面Ⅰ、Ⅱ的烟气流速偏差和NH3(CO2)的浓度偏差进行测试。结果表明:Ⅰ断面最大和最小烟气流速分别为4.47m/s和3.75m/s，最大偏差16.11%;Ⅱ断面最大和最小烟气流速分别为4.21m/s和3.42m/s，最大偏差18.76%。I断面最大和最小CO2浓度分别为4.1%和3.4%，最大偏差为17.07%;Ⅱ断面最大和最小CO2浓度分别为4.0%和3.2%，最大偏差20.0%，因此采用动态喷氨格栅对SCR反应器的高效运行具有积极作用。

动态喷氨格栅;SCR;烟气流速;浓度;偏差

0 引言

SCR工艺与其他脱硝工艺相比具有较高的脱硝效率，目前已成为燃煤电厂尾部烟气治理的主流技术［1］。SCR脱硝效率与NH3/NOx摩尔比，催化剂床层上方气流分布，NH3与烟气混合程度密切相关［2－4］。其中，NH3/NOx摩尔比可以通过SCR反应器进口和出口处的NOx在线监测仪器数据反馈至可编程逻辑控制器，结合锅炉运行工况经计算后进行实时调整，催化剂床层上方气流分布可通过设置在反应器入口处的导流板和整流器来改善气流分布状况，但对于提升NH3与烟气的混合程度一直没有较好的解决方案［5－6］。NH3与烟气的混合程度不仅影响脱硝效率，还会影响反应器出口 NH3逃逸量［7－8］。在NH3与烟气混合程度不均匀的情况下，出口NOx在反应器截面上存在较大的浓度偏差，致使计算得到NH3/NOx摩尔比不准确，最终会导致SCR反应器的低效运行［9－12］。本研究利用物理模型模拟SCR工艺脱硝过程，测试动态喷氨格栅对NH3与烟气混合效果，为实际工程中SCR反应器的优化设计提供技术依据。

1 模型设计与材料

本试验采用的物理模型模拟某电厂300MW机组尾部SCR烟气脱硝反应器，该模型材质为有机玻璃，模型尺寸与SCR反应器实体尺寸比例为1∶10，反应器物理模型如图1所示，由水平烟道、竖直烟道、动态喷氨格栅、催化剂床层等部分组成。由于试验只讨论动态喷氨对NH3与烟气的混合效果影响，因此烟气和NH3分别采用舞台烟雾发生器和CO2标准气体代替。试验设置两处测试断面Ⅰ和Ⅱ，分别位于催化剂床层上方和下方，测试内容为混合烟气速度分布以及CO2浓度分布。混合烟气速度采用TESTO 425热敏风速仪测试，CO2浓度采用TESTO 535 CO2测定仪测试。

图1 反应器物理模型

动态喷氨格栅由若干个喷氨单元组成，每个喷氨单元包含多个氨气喷嘴，喷嘴的正下方同轴连接有叶片单元体，叶片单元体由4个大小相同的薄板构成。叶片单元体在烟气压力、流速不稳定等因素及振动波推力的影响下，产生广延恒温的漩涡，多个叶片单元体的不定向晃动还会形成强烈的紊流效应，通过漩涡的强力旋转和卷吸可以在干流方向上有效地混合不同密度、温度、浓度的介质，并能够在最短的烟道中确保氨气与烟气的均匀混合。

2 试验设计及测点布置

在测试断面建立坐标体系，将横纵两个方向定为x轴和y轴，10等分两轴，由于烟气在流动方向上具有对称性，因此取断面中心线两侧1/4截面作为研究对象即可，将该1/4截面等分成若干部分，以网格中心点作为测量点，分别记作X0Y0、X1Y1点以此类推，如图2所示，通过热敏风速仪和CO2测定仪分别在中心黑点位置测量每个网格的数据，同时记录试验数据。根据本试验测试目的，主要考察混合烟气速度和CO2浓度延测试断面中轴线、断面边线和对角线的分布特点。因此，将中轴线定为x方向，边线定为y方向，对角线定为z方向，以便从图表上反应混合烟气速度和CO2浓度在测试断面不同位置的变化特点。

图2 测试断面速度与浓度测点布置

3 结果与讨论

测试断面烟气流速分布见图3，CO2浓度分布见图4。

图3 测试断面烟气流速分布

从图3可以看出，x方向上烟气流速中心处较大，边缘处较小;y方向上烟气流速边缘处较大，中心处较小;z方向上烟气流速中心和边缘处较大。从测试数据可以看出，I断面最大和最小烟气流速分别为4.47、3.75m/s，最大偏差16.11%，Ⅱ断面最大和最小烟气流速分别为4.21、3.42m/s，最大偏差18.76%。因此，采用动态喷氨格栅可将SCR反应器催化剂床层上下方烟气流速偏差控制在20%以内。

由于物理模型上部水平通道模拟烟气刚度较大，同时水平烟道右侧上部导流板内侧起到了增压管作用，造成此位置导流板出口压力过大，而模拟烟气不能从此处进入，集中到通道右侧上部外侧流动，导致通道右侧上部外侧转弯处模拟烟气流速增大。同时由于模拟烟气进入整流器前外侧流速远大于内侧流速，从而造成外侧烟气向内侧流动，形成了平行于整流器的烟气流动状态。从模型通道内部流场分布来看，由于设置的动态喷氨格栅对烟气的微整流作用并在一定程度上降低了烟气回流效应，因此有利于烟气在催化剂床层上方的均匀分布。

图4 测试断面CO2浓度分布

从图4可知，x方向上CO2浓度中心和边缘处较大;y方向上CO2浓度同样也是中心和边缘处较大;z方向上CO2浓度边缘处较大。从测试数据可以看出，I断面最大和最小CO2浓度分别为4.1%和3.4%，最大偏差17.07%，Ⅱ断面最大和最小CO2浓度分别为4.0%和3.2%，最大偏差20.0%。因此，采用动态喷氨格栅可将SCR反应器催化剂床层上下方CO2浓度偏差控制在20%以内。

4 结语

借助物理模型模拟某电厂300MW中型机组尾部SCR烟气脱硝反应器，对动态喷氨格栅对催化剂床层上下方测试断面Ⅰ、Ⅱ的烟气流速偏差和NH3(CO2)的浓度偏差进行测试。结果表明:Ⅰ断面最大和最小烟气流速分别为4.47m/s和3.75m/s，最大偏差16.11%，Ⅱ断面最大和最小烟气流速分别为4.21m/s和3.42m/s，最大偏差18.76%。I断面最大和最小CO2浓度分别为4.1%和3.4%，最大偏差为17.07%，Ⅱ断面最大和最小CO2浓度分别为4.0%和3.2%，最大偏差20.0%，因此采用动态喷氨格栅对SCR反应器的高效运行具有积极作用。

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Research of dynamic ammonia injection grid on SCR denitrification process

The denitrification rate of SCR process relates to NH3/NOxmole ratio，smoke flow distribution on catalyst bed and m ixing degree of NH3＆smoke.It utilized physicalmodel simulated SCR denitrification reactor which is part of 300MW m idd le－sized generator.Then it installed dynam ic ammonia injection grid and measured the smoke flow distribution deviation and NH3(CO2)concentration deviation onⅠ，Ⅱsections which located at above and bottom of catalyst bed respectively.The result indicates that:the maximum and m inimum sm oke velocity ofⅠsection is 4.47m/s and 3.75m/s，the deviation is 16.11%.The maxim um and m inimum smoke velocity ofⅡsection is 4.21m/s and 3.42m/s，the deviation is 18.76%.The maximum and m inimum NH3(CO2)concentration ofⅠsection is 4.1%and 3.4%，the deviation is 17.07%.The maximum and m inimum NH3(CO2)concentration ofⅡsection is 4.0%and 3.2%，the deviation is 20.0%.Consequently，the dynam ic ammonia injection grid is beneficial to the efficiently running of SCR denitrification reactor.

dynam ic amm onia injection grid;SCR;smoke ve locity;concentration;deviation

X701.7

:B

:1674－8069(2016)01－010－03

2015-09-16;

:2015-11-26

郭浩(1984-)，男，天津市人，工程师，长期从事工业节能与环保方面设计及研究工作。E－mail:guohao8432@126.com

北京市科技计划项目“SNCR与SCR组合式脱硝技术装备开发与示范”(Z141100001014005)