SCR脱硝改造在125 MW燃煤机组的应用

蔡晶晶，周亚东,吴　斌

(浙江海元环境科技有限公司，浙江　杭州　310051)



化工机械

SCR脱硝改造在125 MW燃煤机组的应用

蔡晶晶，周亚东,吴斌

(浙江海元环境科技有限公司，浙江杭州310051)

介绍了陕西某热电厂2×125 MW机组SCR脱硝工艺的方案及改造。本文结合实际经验，介绍125 MW脱硝工程的设计方法及特点，采用高温高尘方式布置，包括SCR反应器的优化布置、反应器SCR本体的设计、催化剂的设计、氨区设计等。对遇到的问题进行分析和提出相应的对策，优化了各工艺参数，使工艺得到进一步完善，为系统正常调试、运行提供可靠保证，同时为中小燃煤锅炉SCR脱硝工艺的工程应用实践提供参考。

125 MW；SCR脱硝；反应器；CFD；催化剂

我国是能源消耗大国，而NOx的排放70%来自燃煤，在未来相当长的一段时间内，火电仍占我国能源结构中绝大部分[1]。NOx型的减排是我国“十二五”节能减排的新增任务，“十三五”将进一步削减NOx的排放。同时，《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定NOx的排放浓度为100 mg/Nm3以内[2]。2015年12月国务院常务会议和环保部等三部委推进的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》决定全面实施燃煤电厂超低排放，规定NOx的排放浓度为50 mg/Nm3以内[3-4]。

选择性催化还原法(selective catalytic reduction,SCR)烟气脱硝技术以其技术成熟、脱硝效率高、二次污染少等优点在燃煤电厂获得广泛应用，是现阶段我国电力行业NOx控制的主要手段。欧洲、日本、美国政府也将SCR技术作为主要的电厂控制NOx技术[5]。本文通过某热电厂125 MW机组的工程实例，就燃煤电厂SCR脱硝改造的几个典型问题进行具体分析，并提出相应对策，为中小型燃煤电厂SCR脱硝改造工程的应用提供参考。

1　SCR脱硝工艺

选择性催化还原法(selective catalytic reduction,SCR)的原理是一定温度的烟气通过SCR进口烟道，与氨喷射格栅(AIG)注入的氨气充分混合后进入反应器，在催化剂的作用下将NOx还原为N2和H2O，烟气再到空气预热器。还原剂氨气的来源有液氨、氨水和尿素等。催化剂材料一般为V2O5-WO3(MoO3)/TiO2，适合的温度范围为320～420℃。SCR的化学反应如下：

(1)

(2)

2　工程概况

陕西某自备热电厂发电机组容量为2×125 MW，配置2台480 t/h的煤粉炉。SCR脱硝采用高温高尘方式布置，催化剂采用2+1布置方式。SCR反应器采用双烟道双SCR反应器形式设计，设计参数详见表1。

表1　设计参数

3　SCR脱硝改造方案及对策

3.1SCR区设计方案

本工程采用高温高灰SCR布置，根据炉膛、省煤器、空预器等运行温度，省煤器出口温度为385℃，是催化剂的有效反应温度，因此将SCR反应器布置在二级省煤器出口与空预器入口之间。本工程SCR系统烟道布置特点是：双烟道双反应器高灰段无旁路双出口烟道布置方式。由于现场的场地问题，经过优化布置后，将SCR反应器布置在空预器上方，单个SCR反应器的尺寸为5887 mm×8002 mm，其布置图详见图1。

图1　SCR结构布置图

3.2结构加固

由于改造项目没有预留场地，SCR框架设置在原锅炉空预器支架结构上部，共增加5层平台。需要对原结构(包括基础和支架结构)进行全面的实地调查，并采取相应的加固方案。

原有烟道支架采用独立柱基基础，持力层为圆砾层。经勘查和计算后，原有独立土建基础无需另外进行加固。新增的SCR结构选型与原锅炉空预器钢架的结构形式统一，采用桁架式，并用有限元分析软件进行整体建模计算。通过建模计算，对原锅炉空预器钢架进行局部加固改造，确保结构安全可靠。

3.3CFD优化设计

从以往工程情况来看，如SCR反应器设计不当，使塔内的烟气浓度、速度等分布不均，极易引起催化剂中毒、磨损以及较高氨逃逸等问题。对SCR反应器的外形结构、入口烟道尺寸、导流板的设置情况及烟道转弯直径等需针对具体工程进行个性化设计。因此，采用计算流体力学技术(CFD)的方法进行分析、预测。

利用CFD仿真模拟进行研究，进行优化设计，具体方案为：为满足催化剂层速度、浓度分布要求，AIG至反应器入口烟道弯头处加装了导流板，反应器入口罩进行了重新设计。对重新设计的导流板的形状、结构尺寸、数量以及安装位置、安装角度等基本参数在计算机上进行CFD仿真模拟计算后，得出优化方案。导流板具体安装位置图见图2。

图2　优化方案导流板位置示意图(红色为导流板)

BMCR工况下SCR系统总体的速度分布特性数值模拟结果见图3。总的看来，在系统中转弯处和扩口处合理加装导流板后，较好的控制了速度的流向，没有出现较大的速度偏差，流场在结构上达到了较理想的程度。

图3　BMCR工况下SCR系统内流线图

3.4催化剂的设计

催化剂层为2+1层布置，初装2层，预留1层备用。这样可既以达到预定的脱硝效率，又为日后提高的脱硝标准提供预留空间。该锅炉粉尘浓度为25.243 g/m3，适合采用蜂窝式SCR催化剂，材料由V2O5、WO3、TiO2等组成。这种类型的催化剂模块化、相对质量比较轻、比表面积大等优点。催化剂部分参数如表2所示。

表2　催化剂参数

3.5氨区设计方案

本工程采用液氨来制备还原剂，液氨储存、制备、供应系统按2台锅炉的液氨使用量设计和施工。液氨由液氨槽车送至液氨储存区，卸氨压缩机将槽车内的液氨压至液氨储罐储存。液氨储罐内的液氨则利用罐内自身的压力或液氨泵送至液氨蒸发槽，通过厂区来的蒸汽换热后蒸发为氨气，通过气氨缓冲罐来稳定至一定压力后，经管道送至脱硝系统。液氨储罐的容量为2×50 m3，材质采用16 MnDR。

整个厂区只有冷却塔及水池的左侧的空地适合布置氨区，但这片空地还有一根电线杆，左下方上空还有110 kV架空线路经过。根据《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-2008)规定，需要确保电线杆和110 kV架空线路到氨区最近的设备间距为塔杆的1.5倍，详见氨区布置图(图4)。

图4　氨区布置图

4　改造后性能测试

烟气净化系统投运后，顺利通过了168 h的试运行考核，考核的主要参数见表3，指标均达到设计要求并满足国家标准。

表3　性能测试结果

5　结　论

通过对陕西某热电厂125 MW机组SCR脱硝工艺方案及改造的介绍，分析该工程中遇到的问题，如何在改造期间采取CFD优化反应器设计、催化剂的选择、氨区合理布置等相关问题，是脱硝改造需要关注的重点问题。用实践工程应用来证实不仅能达到良好的设计效果，而且能使得工艺得到进一步完善，为系统正常调试运行提供可靠保证。

[1]李胜光.火电厂SCR烟气脱硝氨气气化系统模型辨识与方案设计[D].天津：天津大学,2011.

[2]GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准[S].

[3]国务院常务会议[OL].http://www.gov.cn/guowuyuan/2015-12/02/content_5019050.htm.

[4]环境保护部,国家发展和改革委员会,国家能源局.全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案[OL].http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201512/t20151215_319170.htm.

[5]袁燕明,熊凯,廖伟辉.SCR烟气脱硝综合改造在600MW机组的应用[J].中国高新科技企业,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，工程师，主要从事烟气脱硫脱硝除尘工作。

X701.7

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1001-9677(2016)011-0187-03