合體式煙道、反應(yīng)器在脫硝工程中的可行性分析

鄒紅果

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100091）

合體式煙道、反應(yīng)器在脫硝工程中的可行性分析

鄒紅果

（大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100091）

介紹了合體式煙道、反應(yīng)器的布置方式，并對技術(shù)經(jīng)濟(jì)性以及流場方面進(jìn)行了可行性分析。

合體式煙道、反應(yīng)器；流場模擬；可行性分析

隨著新的《火電廠大氣污排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011）自2012年1月1日起正式實施，要求新建機(jī)組2012年開始、老機(jī)組2014年開始，其氮氧化物排放量不得超出100mg/Nm3；2014年9月12日，國家發(fā)展改革委員會、環(huán)境保護(hù)部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，進(jìn)一步提高氮氧化物排放要求。為適應(yīng)日益嚴(yán)格的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)，選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝技術(shù)已成為燃煤機(jī)組煙氣脫硝的主要選擇。該技術(shù)的反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間。

對于近幾年新建的電廠，在進(jìn)行鍋爐主體工程設(shè)計時，已經(jīng)預(yù)留了SCR脫硝裝置反應(yīng)器布置的空間，甚至是預(yù)留了脫硝的鋼結(jié)構(gòu)荷載，此類機(jī)組在進(jìn)行脫硝改造時，改造難度相對較小，直接將脫硝的煙道和反應(yīng)器布置在引風(fēng)機(jī)上部空間，通過加固引風(fēng)機(jī)框架或者重新設(shè)置鋼架，來承受脫硝煙道及反應(yīng)器的荷載。然而，對于已投運(yùn)多年、未設(shè)脫硝改造空間的老機(jī)組，脫硝改造的難度加大，尤其是加裝SCR脫硝裝置的空間限制，在對SCR脫硝裝置的布置及支撐結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行綜合考慮后，出現(xiàn)了一種新型的合體式煙道、反應(yīng)器［1］，即SCR入口煙道與脫硝反應(yīng)器采用一體化設(shè)計，形成一個受力系統(tǒng)。合體式及分體式煙道、反應(yīng)器的SCR脫硝系統(tǒng)縱剖示意圖分別見圖1、圖2。

圖1　合體式煙道、反應(yīng)器縱剖圖

圖2　分體式煙道、反應(yīng)器縱剖圖

1　合體式煙道、反應(yīng)器介紹

（1）合體式煙道、反應(yīng)器介紹

合體式煙道、反應(yīng)器是將脫硝反應(yīng)器與SCR入口煙道的豎直段緊貼在一起，共用同一煙道壁板。此種布置方案，SCR入口煙道豎直段無需單獨支撐，直接將其懸掛在反應(yīng)器上，組成一個一體化結(jié)構(gòu)。合體式煙道、反應(yīng)器適用于場地空間有限，送風(fēng)機(jī)檢修支架寬度小、送風(fēng)機(jī)檢修支架及鍋爐鋼結(jié)構(gòu)布置較為復(fù)雜等特殊情況下的脫硝改造工程。此種布置方案，結(jié)構(gòu)易實現(xiàn)。為了確保煙道和反應(yīng)器的整體受力情況，要求在煙道、反應(yīng)器合體前，在與SCR入口煙道水平段相連接處加裝非金屬膨脹節(jié)，將合體煙道與SCR入口的水平段煙道隔離開。

（2）合體式煙道、反應(yīng)器技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

合體式煙道、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式，不僅解決了工程建設(shè)中，場地受限的問題，而且對于SCR入口煙道豎直段，直接懸掛在反應(yīng)器上，不需要設(shè)置單獨的支撐結(jié)構(gòu)，這在一定程度上，不僅減少了反應(yīng)器以及SCR入口煙道的鋼材量，同時降低了鋼結(jié)構(gòu)量以及下部的基礎(chǔ)加固工程量，具有很好的經(jīng)濟(jì)性。合體式煙道、反應(yīng)器與分體式煙道、反應(yīng)器的比較，見表1。

（3）合體式煙道、反應(yīng)器流場分析

在進(jìn)行SCR工程設(shè)計時，計算機(jī)流場模擬（CFD）是除催化劑外的脫硝工程成敗的另一個關(guān)鍵因素。其目的是通過流場模擬來優(yōu)化改進(jìn)催化劑前的SCR入口煙道的導(dǎo)流裝置以及噴氨裝置的設(shè)計，提高煙氣在SCR脫硝反應(yīng)器內(nèi)的速度分布和氨濃度分布的均勻性［2］，從而確保煙氣中的NH3與NOx的最佳混合，降低壓損，達(dá)到最佳的脫硝效率。

表1　合體式煙道、反應(yīng)器與分體式煙道、反應(yīng)器比較

對于合體式煙道、反應(yīng)器的布置方式，上升煙道急速轉(zhuǎn)為水平煙道，煙氣攜帶的煙塵顆粒在彎頭外側(cè)富集，濃度較高且顆粒較大的煙塵主要位于外側(cè)壁面處，轉(zhuǎn)彎上升過程中，由于大顆粒煙塵慣性較大，不易在煙氣攜帶下向整個斷面擴(kuò)散，因此，高濃度、粒徑較大的煙塵將被帶到催化劑入口斷面的中前部，導(dǎo)致中前部的流場不均。為了滿足頂層催化劑入口的氨濃度分布和煙氣分布均勻性，提出了改進(jìn)SCR入口斷面顆粒濃度場及不同直徑顆粒分布均勻的原則，利用CFD計算，在豎直煙道轉(zhuǎn)彎處加裝合適的導(dǎo)流裝置，確保SCR入口斷面流場、顆粒濃度場、顆粒直徑的均勻分布。根據(jù)多個項目的數(shù)值模擬顯示，SCR裝置內(nèi)的流動狀況良好，第一層催化劑上方速度變異率≤10%，符合給定的流動判斷準(zhǔn)則，可以達(dá)到與分體式煙道、反應(yīng)器相似的流場結(jié)果。

（4）工程應(yīng)用實例

大唐七臺河發(fā)電有限公司一期2×350MW機(jī)組煙氣脫硝改造工程，考慮到鍋爐最后一排鋼結(jié)構(gòu)的調(diào)整難度較大，在進(jìn)行方案設(shè)計時，采用了合體式煙道、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式。機(jī)組脫硝裝置一次投運(yùn)成功，且能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，在設(shè)計煤種、鍋爐BMCR工況、處理100%煙氣量條件下，入口NOx含量在450mg/Nm3時，脫硝效率大于80%，并且NH3逃逸率也滿足設(shè)計要求。大唐長春第二熱電有限責(zé)任公司1、2號機(jī)組（2×200MW）煙氣SCR脫硝改造總承包工程，本項目屬于老機(jī)組改造，主廠房最后一排柱結(jié)構(gòu)為混凝土框架，且與除塵器之間可以支撐脫硝煙道及反應(yīng)器的鋼結(jié)構(gòu)寬度僅為8 000mm，最終確定采用合體式煙道、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式。機(jī)組投運(yùn)后，在設(shè)計煤種、鍋爐BMCR工況、處理100%煙氣量條件下，入口NOx含量在450mg/Nm3時，脫硝效率大于80%，NH3逃逸率同時達(dá)標(biāo)。

衡量SCR脫硝系統(tǒng)的工作質(zhì)量有2個重要指標(biāo)：脫硝效率和NH3的逃逸率。以上項目的成功投運(yùn)，標(biāo)志著合體式煙道、反應(yīng)器技術(shù)已趨于成熟。

2　結(jié)語

在脫硝改造工程中，對于建設(shè)場地狹小或者鍋爐最后一排鋼結(jié)構(gòu)調(diào)整難度較大的項目，完全可采用合體式煙道、反應(yīng)器的布置方案。同時，建議采用流場模擬（CFD）與物理模型試驗相結(jié)合的方法，通過對SCR入口煙道和反應(yīng)器內(nèi)部增設(shè)合適的導(dǎo)流裝置，消除流場的不均勻性，確保SCR脫硝系統(tǒng)的脫硝效率以及氨逃逸率達(dá)標(biāo)。

［1］周偉，楊衛(wèi)科，任振業(yè)，李鵬.一種脫硝反應(yīng)器.實用新型專利.CN 202751937 U.

［2］張玉華，張亞平，楊林軍.選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)存在的問題及對策.中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集.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