发电厂机组负荷调整对SCR反应器运行的影响.pdf

330 集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月Applications创新应用污染排放标准颁布对设备规定具体排放指标，选择性退化还原脱硝技术因其脱硝效率高成为燃煤电站锅炉控制NOx排放的主要选择。目前SCR广泛应用于世界各地，SCR主要用于大型煤粉锅炉，联合循环汽轮机等，可与其他技术共同控制NOx。图1为典型的SCR脱硝工艺流程图，SCR技术基于NOx分子化学还原，SCR中还原剂喷入烟气，在催化剂条件下还原剂与烟气中的NO反应。还原剂通过喷射网格喷射到燃烧装置，用压缩空气稀释助于喷射混合，热烟气与还原剂扩散穿过催化剂，烟气中的NOx通过化学反应还原成N2和H2O,反应产生的N2和H2O流出SCR反应器。SCR技术通过烟气中加入氨气利用还原剂与NOx选择性还原反应，许多还原剂可以将NOx还原成N2，NH3为还原剂的SCR技术发生化学反应为4HN3+4NO+O26H2O+4N2，8NH3+6NO212H2O+7N2。燃煤锅炉中燃烧生成NO2中NO占90%，燃煤锅炉烟气脱硝SCR反应中的主反应为0 引言氮氧化物是氮氧元素组成的化合物，空气污染物的NOx常指NO和NO2,NOx对自然环境破坏力大，是消耗臭氧的重要因子。电站燃煤锅炉是NOx排放的主要控制对象，发电厂每年向大气排放大量的NOx。目前国家大力推行发电厂超低改造，NOx排放标准为50mg/m，全国实现超低排放煤电机组占总装机容量的90%。目前发电厂对NOx脱除措施包括选择性和非选择性催化还原法，由于SNCR脱硝技术脱硝效率低不能满足NOx排放要求，大多数发电厂选择SCR技术控制NOx。近年来我国清洁能源发电量占比逐年提高，但存在发电量不稳定等问题，需要火电机组进行负荷调整，机组负荷变化引起污染物含量等变化。本文以SCR脱硝系统为研究对象，通过数值模拟现场实验分析不同负荷下SCR脱硝效果。1 发电厂SCR脱硝技术我国煤炭资源丰富，以煤炭为主的能源结构决定电站建设必须以燃煤发电机组为主，全国烟尘排放量的70%，NOx排放量的67%来自煤炭燃烧1。随着我国电力建设的迅速发展，近年来大城市NOx污染严重，氮氧化物排放量增加使得我国酸雨污染向硝酸复合型转变。烟气脱硝是国家控制国电长污染物排放的重点领域，国家实施发电厂大气污染物排放标准规定火电锅炉NOx最高允许排放浓度，发电厂大气作者简介：韩申泉，国能陈家港发电有限公司；研究方向：控制技术。收稿日期：2023-02-20；修回日期：2023-05-22。摘要：阐述烟气SCR脱硝原理，脱硝反应器结构设计，SCR脱硝效率的影响因素，探讨发电厂机组负荷调整对SCR反应器运行的影响，采用控制变量方式对不同负荷的烟气温度进行测量比较。关键词：机组调整，SCR反应器，运行影响。中图分类号：TM621 文章编号：1674-2583(2023)06-0330-02 DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.06.146文献引用格式：韩申泉.发电厂机组负荷调整对SCR反应器运行的影响J.集成电路应用,2023,40(06):330-331.发电厂机组负荷调整对SCR反应器运行的影响韩申泉（国能陈家港发电有限公司，江苏 224600）Abstract This paper describes the principle of flue gas SCR denitration,the structural design of denitration reactor,and the influencing factors of SCR denitration efficiency,discusses the impact of power plant unit load adjustment on the operation of SCR reactor,and measures and compares the flue gas temperature under different loads by means of control variables.Index Terms unit adjustment,SCR reactor,operation impact.Analysis of Influence of Unit Load Adjustment on SCR Reactor Operation in Power PlantHAN Shenquan(Guoneng Chenjiagang Power Generation Co.,Ltd.,Jiangsu 224600,China.)图1 典型的SCR脱硝工艺流程图Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 6 期（总第 357 期）2023 年 6 月 3314NH3+6NO6H2O+5N2。燃烧美时产生SO2，实际应用中应避免发生副反应。2 SCR脱硝效率影响因素SCR脱硝效率受到多方面因素的影响，包括催化剂及锅炉运行效率等，SCR脱硝反应器工况稳定时脱硝效率与燃烧生成NOx浓度反应器进口NOx浓度成反比，反应器进口NOx浓度一定脱硝效率与反应器密切相关2。需要从影响脱硝反应器与进口NOx浓度的因素方面分析脱硝效率影响因素。nNOx=NOxin-NOxout/NOxin100%，NOxin为反应器进口NOx浓度，nNOx为脱硝效率%，NOxout为反应器出口NOx浓度。基于经济性希望氨在脱硝装置出口烟气中浓度较小达到良好脱硝效果，SCR系统影响脱硝效率因素包括飞灰特性、供氨量等。脱硝反应中NH3量对反应过程影响很大，通过用氨氮摩尔比表示目标脱硝效率所需供氨量，反应温度在300以下脱硝效率随氨氮摩尔比a增加，NH3投入偏低脱硝效率受限。过量供氨量使得脱硝系统运行成本增大。生产现场日益得到数据为供氨体积流量与NOx生产浓度，氨氮比反映SCR反应器入口供氨的流量，要控制逃逸氨的量在合适的范围，运行严格控制反应器出口NOx浓度，SCR脱硝系统自动关闭供氨关断阀避免发生严重氨逃逸。烟气温度对脱硝效率有很大影响，烟气温度低时催化剂活性降低脱硝效率，烟气温度升高时脱硝反应速率增加，温度升高使得NH3与氧发生反应加剧导致脱硝效率下降。300400内随着反应温度升高脱硝效率逐渐增加。3 发电厂机组负荷调整对SCR反应器运行影响 3.1 研究对象数值方法研究对象为某电厂600MW超临界机组SCR脱硝系统，根据SCR反应器设计图纸，建立烟道及SCR反应器含流板计算模型。入口1,2处为直导流板，3,4处倒流板件布置喷氨格栅和静态混合器，实验所用测孔安装在喷氨前截面，编号为A1-A14。喷氨前截面有个别测孔被电厂安装分析仪表所挡。SCR脱硝系统中烟气进行三维湍流动，模型入口采用速度进口条件，流速为入口面平均流速13.08m/s,反应器催化剂层采用多孔介质模型模拟，压力和速度耦合采用SIMPLE算法，近壁区域求解采用标准壁面函数法，求解器收敛标准是标准残差和小于给定值o。实际工程中影响SCR脱硝效果性能评价指标为脱硝效率和氨逃逸率，烟气流场均匀度决定脱硝效率，引入流场不均匀系数Cv和浓度场不均匀系数Cp定量研究SCR脱硝反应器烟气和浓度流场均匀度。图2为SCR反应内部几何结构及测点位置图。3.2 结果讨论根据省煤器出口至SCR反应器入口烟道模拟结果，烟气入口到竖直烟道存在流场不均匀现象，3号导流板下方灰斗处存在低速回流区。将450MW工况下模拟结果与600MW模拟结果对比，SCR反应器入口烟速下降到10.37m/s，低负荷工况整体速度下降但流场分布规律不变。根据喷氨前截面流场计算结果，在3号导流板作用下烟气进入竖直烟道，两侧平均流速为13.7m/s，由于上升烟道导流板直板段片向外侧约5。避免烟气在段路程内转弯90后离心力作用贴向烟道内侧流动，流场不均匀度为8.73%。低负荷工况整体速度下降。600MW负荷下截面速度不均匀度为0.53%，整体流场较为均匀，450MW工况下截面不均匀度为0.55%。低负荷下低速区增大，根据SCR脱硝反应段模拟结果，流速降低但流场分布规律与不均匀度相似。研究将现场实验测得烟速与数值模拟结果分析，喷氨前截面烟气平均流速测量值为17.08m/s，模拟值为14.46m/s，催化剂出口测点截面整体平均流速实测值为6.33m/s,模拟量为7.75m/s，模拟值与现场实验结果趋势一致。分析喷氨前和催化剂出口截面浓度测量结果，喷氨前截面各测点NOx浓度差距小，喷氨前催化剂出口截面浓度不禁运毒在600,300MW下为10.10/34.97,11.47/64.14；SCR出口截面浓度场不均匀性增加，NOx分布呈现先增后降再增大的趋势，300MW负荷下SCR出口截面NOx浓度不均匀度增加83.7%。根据SCR反应器入口烟气温度负荷关系，A侧入口平均温度随着负荷增加11.0%，BC额增加10.2%，锅炉负荷发生变化时燃料消耗量发生变化。4 结语本文以某电厂600MW机组SCR脱硝系统为研究对象，应用现场实验方法研究负荷调整对SCR运行状况的影响。机组负荷调整时整体流场分布规律相似；负荷变化时喷氨前截面NOx浓度不均匀度变化小，催化剂接口NOx浓度不均匀度增加导致氨逃逸增加；入口烟气温度随着负荷增加。机组负荷调整时氧含量与负荷变化负相关；负荷降低温度计SO3转化率降低；影响催化剂活性主要因素是温度，负荷调整时温度变化影响催化剂的活性，温度对脱硝效率具有显著的影响。参考文献1 范海东.燃煤机组超低排放智能调控系统研究及工业验证D.浙江：浙江大学,2022.2 付倩玉.660MW超临界锅炉机组NOx控制方法研究D.河北：华北理工大学,2017.图2 SCR反应内部几何结构及测点位置图