app脱硝SCR氨喷射系统调整效果评估

2018-02-27

以某火电厂氨喷射系统(AIG)改造为例,通过数值模拟计算,对AIG调整方案的效果进行了评估.结果表明将AIG改为具备双向调节功能后,有利于氨的均匀分配,对于app流速不均具有更好的适应性.脱硝反应器出口截面NOx分布相对标准偏差由40%降低至15%以内.可改善脱硝装置喷氨合理性,一定程度上延长vwin德赢网使用vwin,消除反应器出口氨逃逸vwin局部过高的现象,降低了下游空气预热器硫酸氢铵(ABS)腐蚀的风险,对火电厂实现NOx超低vwin具有一定贡献.

脱硝技术

SCR脱硝技术的vwin是vwin德赢网和氨喷射混合系统.氨喷射混合系统设计的优劣和实际运行中喷氨的合理性对脱硝装置的运行效果影响明显。vwin德赢网入口截面的NH3/NO摩尔比及其分布.决定了反应器出口的NOx和氨逃逸vwin分布,并影响到整体脱硝效率和下游设备的硫酸氢铵堵塞程度。

NOx与NH3在顶层vwin德赢网入口的分布均匀性,取决于喷氨格栅上游的NOx分布、app流速分布、喷氨vwin分配、静态混合器的app扰动强度及混合距离等。常见的氨喷射系统(AIG)氨喷射与混合装置主要有3类:格栅式AIG、混合型AIG及涡流型AIG,这3类氨喷射系统各具优势和适应范围。对于脱硝工程中氨/app混合距离足够长时,几种氨喷射技术均能满足要求。

SCR装置在设计阶段通过CFD数值模拟.对反应器入口烟道、导流板、喷氨格栅、静态混合器及整流装置等进行整体优化设计,最终使进入顶层vwin德赢网的app流场达到均匀分布的要求。

由于CFD数值模拟的边界条件是假设进入AIG上游脱硝入口app参数分布均匀.而脱硝装置实际运行中AIG上游app参数分布受锅炉运行方式及烟道走向等因素影响.与实际运行时的app分布存在偏差.需在运行过程中通过氨喷射系统支管上手动阀调整,进行喷氨vwin分配的优化调节.但前提是氨喷射系统本身需具有良好的设计性能.满足分区双向调节功能。

1设备概况

某火电厂1000MW机组的app脱硝SCR装置随锅炉同期建设,现有氨喷射系统采用混合型AIG,每个反应器的AIG在入口竖直段烟道内沿炉宽方向设19只喷氨支管.每根支管上设置4个喷嘴,相应支管设有手动蝶阀以调节氨喷射vwin,实现整个烟道截面上宽度方向的氨喷射vwin分配,如图1。

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图1调整前的AIGvwin

但此AIG设计局限性在于不具有烟道深度方向的调节功能,调节功能单一.当SCR反应器入口NOx分配不均或喷氨不合理时,仅能通过前端AIG支管调门开度调整来实现反应器出口截面宽度方向的NOx均匀分布,无法改善反应器深度方向的喷氨vwin调节。

根据现场喷氨优化试验结果,AIG调整前。在满负荷下SCR反应器入口截面NOx分布相对均匀的情况下,A、B反应器出口截面的NOx分布相对标准偏差分别为40.8%和42.1%.出口截面上的NOxvwin分布呈现出由后墙向前墙方向的阶梯形分布。如图2所示。

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图2:SCR出口截面NOx分布

反应器出口截面NOx分布偏差过大由上游AIG喷氨不合理所致.此与现有AIGvwin的单向调节局限性有关.即通过喷氨优化调整试验只能改善反应器宽度方向的NOx分布均匀性,无法实现深度方向的喷氨量调节。因此有必要对现有氨喷射系统进行改造.以提高SCR装置的脱硝效果。

2调整方案模拟研究

根据前述试验测得的SCR反应器出口NOx分布结果.分析现有混合型AIG的设计局限性(如图3所示),电厂委托原SCR厂家对现有AIGvwin进行了调整。新的AIG喷氨支管设计除了横向分区外.将横向中的每一区域在纵向设置为两组(如图4所示)。达到反应器深度方向可调节的目的.改造后氨喷射系统可实现喷氨vwin在整个SCR入口截面的双向调节功能。

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图3调整前单组喷氨管路vwin

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图4调整后单组喷氨管路vwin

针对SCR脱硝厂家提出的AIG调整方案,借助CFD数值模拟手段对设计方案进行评估.通过对调整前后单个喷氨管路中氨压力分布、流线分布,AIG下游入口烟道截面及首层vwin德赢网入口截面的NH3vwin分布及流线分布对比分析,对AIG调整结果进行数值模拟计算,评估调整方案的可行性及效果。

2.1数值模拟研究

2.1.1数值模拟边界条件

1000MW机组SCR装置的2个反应器关于锅炉中心线对称.数值模拟阶段按照两侧app参数相同考虑,以其中一侧为研究对象。100%BMCR工况下,单侧反应器入口设计app量为1394845m3/h(标态、湿基、实际氧),脱硝反应网为377℃.单侧反应器AIG总喷氨质量vwin为61.9kg/h,对应稀释风体积vwin为1549m3/h。

2.1.2调整前后单组AIG喷氨管路模拟结果对比

以反应器内单组AIG喷氨管路为研究对象.分析改造前后管路中NH3空气混合气体的压力分布情况(如图5所示)。

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图5调整前后单组喷氨管路的压力分布

改造前的AIG布置形式在深度方向上不具备调节功能,单组喷氨管路由1个阀门控制vwin,CFD计算结果显示,管路上的4个喷嘴vwin经自然分配,远端的喷嘴vwin要依次高于近端,该vwin直接导致深度方向喷氨量的不均匀性;

改造后的AiG布置形式在深度方向分为2组,使得喷氨系统在深度方向上具备了一定的调节性能.且单组喷氨管路所分出的4个小喷嘴在几何vwin具有对称性,模拟计算结果显示,4个喷嘴的vwin趋向均匀.这与改造前后单组AIG各喷嘴的气体体积vwinapp结果吻合.app结果见表1。

表1调整前后单组喷氨管路喷嘴出口体积vwin

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进一步对改造前后单组AIG喷氨管路流线进行模拟分析(如图6所示),流线显示规律与管路中压力分布和各喷嘴氨vwin分配规律一致.表明改造后的喷嘴布置vwin利于NH3的均匀分配。

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图6调整前后单组AIG喷氨管路的流线图

2.1.3调整前后的AIG局部喷氨模拟结果对比

将调整前后的AIG系统置入SCR反应器入口竖直上升烟道,对AIG上游附近至首层vwin德赢网入口截面之间的vwin进行模拟计算,模型中包含导流板和整流格栅以及vwin德赢网层.调整前后的几何vwin分别如图7和图8所示。

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图7调整前后SCR装置局部模型

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图8调整前后AIG区域局部放大图

根据数值模拟计算结果,AIG调整前首层vwin德赢网上游NH3vwin分布相对标准偏差为24.2%,改造后为15.9%,均匀性提高8.3%,改造前后AIG下游截面和首层vwin德赢网入口截面的NH3vwin分布如图9和图10所示,喷氨流线分布如图11所示。

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图9调整前后AIG下游截面NH3质量vwin公布

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图10调整前后首层vwin德赢网上游截面NH3vwin分布

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图11调整前后的喷氨流线公布

2.1.4数值模拟结论

数值模拟计算结果表明.根据SCR装置厂家提出的改造方案对AIGvwin进行调整优化,调整后的vwin德赢网上游截面NH3分布均匀性要优于调整前,因数值模拟的边界条件是假设AIG入口app流速绝对均匀,脱硝装置实际运行中AIG上游的流速在深度与宽度方向均存在一定的不均匀性,调整前的氨喷射系统仅能在宽度方向进行调节,调整后的AIGvwin则在深度与宽度方向具备双向调节功能,从这一点来分析.调整后的AIGvwin对于app流速不均将具有更好的适应性。

2.2调整方案实施

调整前的AIG系统在每个反应器入口竖直段烟道上沿锅炉宽度方向设19只喷氨支管,每根支管上布置4个直径为50mm的喷嘴,每根支管设有手动蝶阀调节氨喷射vwin,喷嘴下游设2层X形静态混合器。

为减少改造工作量.降低优化调整费用.缩短锅炉停机时间,此次改造保留了现有AIG下游X形静态混合器.根据以上CFD数值模拟结果.将原单个阀门控制1(宽度方向)×4(深度方向)个喷嘴,改造为单个阀门控制2(宽度方向)×2(深度方向)个喷嘴,即把沿宽度方向的2列2x4个喷嘴分为2组.靠近反应器前墙的4个喷嘴设置为一组,靠近后墙的4个喷嘴为一组,以实现氨喷射系统沿烟道深度方向和宽度方向上可调节的要求.调整后的AIG喷嘴vwin如图12所示。


图12调脱硝技术整后的AIGvwin

3调整效果现场评估

根据前述CFD数值模拟计算评估结果.将现有AIG调整为可实现反应器宽度和深度方向调节喷氨量的新型vwin.对调整后的实际效果进行了现场测试.并在此基础上分析氨喷射系统优化调整对延长vwin德赢网使用vwin.降低空气预热器硫酸氢铵(ABS)堵塞风险的影响。

3.1反应器出口NOx分布均匀性测试

根据AIG调整后喷氨优化试验结果.机组在900MW负荷下,SCR反应器入口NOx质量vwin约260mg/m3时,控制脱硝效率接近原设计值60%,反应器出口NOx质量vwin为98mg/m3,测试结果如图13所示。

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图13:AIG调整后反应器出口NOxvwin分布

经AIG优化调整后,SCR反应器出口NOx分布的均匀性得到提高,基本消除了NOx分布纵向偏差过大的现象,SCR反应器两侧出口的NOxvwin标准偏差分别降低到5.6%和6.4%,与调整前相比,AIG喷氨合理性明显改善。

AIG优化调整后,为进一步实现锅炉NOx超低vwin要求,控制最终NOxvwinvwin在50mg/m3以内,2号锅炉SCR装置进行了提高脱硝效率的改造,除了通过增加备用层vwin德赢网使整体脱硝效率达到80%以上,对现役两层旧vwin德赢网进行了app以恢复部分活性。

SCR提效改造后,根据现场测试结果(如图14所示),在机组负荷1000MW,SCR反应器入口NOxvwin约271mg/m3时。控制脱硝效率为90.4%。反应器出口NOxvwin为26mg/m3时,A、B侧反应器出口NOx分布相对标准偏差均接近15%.亦优于改造前。

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图14:SCR反应器提效改造后出口的NOx分布

3.2延长vwin德赢网使用vwin

SCR反应器出口的NOxvwin分布均匀性直接反映上游AIG喷氨合理性,NOx分布偏差过大时,反应器出口截面部分区域的NH3逃逸vwin会偏高,影响脱硝装置的脱硝效果,不同脱硝效率下反应器出口的NOxvwin分布偏差对vwin德赢网vwin影响率如图15所示,氨喷射系统改造前后,在接近设计脱硝效率60%时,反应器出口的NOxvwin相对标准偏差由40%降低至15%以内,AIG改造提高SCR氨喷射系统氨vwin分配的合理性可有效延长vwin德赢网的使用vwin。

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图15不同脱硝效率下反应器出口NOxvwin分布偏差对vwin德赢网vwin的影响

3.3减少空气预热器腐蚀与堵塞

app脱硝利用氨气与app中的NOx反应脱除氮氧化物.脱硝过程中的氨与app中的SO3反应易生成硫酸氢铵(ABS),硫酸氢铵的生成量与NH3和SO3含量乘积成正比。

硫酸氢铵具有黏性,通常情况下熔点网为147℃.以液态形式在物体表面聚集或以液滴形式分散于app中,在app中会粘附飞灰。电厂锅炉空气预热器冷端运行网一般低于ABS的露点网,当SCR反应器喷氨不均匀或vwin德赢网失活严重造成氨逃逸过大时.下游空气预热器的ABS腐蚀风险会加大。

以下根据AIG调整前后的3次测试结果(如图16所示),分析AIG改造对锅炉空气预热器ABS的影响。

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图16调整前后反应器出口截面氨逃逸取样分布

AIG改造前,机组负荷1000MW,反应器入口平均NOx为261mg/m3,实测脱硝效率59.4%时,反应器出口截面氨逃逸平均值5.98μL/L,局部氨逃逸最高值16.1μL/L,最低值2.2μL/L,氨逃逸vwin分布偏差较大;

AIG改造后,机组负荷900MW。反应器入口NOx为260mg/m3,平均脱硝效率62.1%时,反应器出口截面氨逃逸平均值5.15μL/L,与改造前相比,脱硝效率提高约2个百分点,但平均氨逃逸vwin降低0.83μL/L,反应器出口截面上局部氨逃逸最高值6.0μL/L,最低值4.4μL/L(注:此阶段氨逃逸vwin整体偏高,与vwin德赢网进一步失活有关),喷氨合理性明显改善;

经添加备用层vwin德赢网及旧vwin德赢网app完成脱硝装置提效改造后.在机组负荷1000MW,反应器入口NOx为271mg/m3,实测脱硝效率为90.4%时,平均氨逃逸vwin1.8μL/L,局部氨逃逸最高值2.3μL/L,最低值1.4μL/L,同时反应器出口NOx降低到26mg/m3,达到了超低vwin的要求。

氨喷射系统优化调整后.在保证较高脱硝效率同时,反应器出口氨逃逸vwin局部过高的现象消失,降低了下游空气预热器ABS形成的风险。

4结论

氨喷射系统是SCR脱硝装置的vwin.对脱硝系统的运行效果有着重要影响。本文通过对某火电厂SCR氨喷射系统调整方案和效果进行评估.得出以下主要结论:

(1)氨喷射系统调整后具有双向调节功能.可满足运行过程中优化调节的需要。

(2)通过CFD数值模拟对氨喷射系统的调整方案进行评估,并对改造效果进行预测,模拟结果表明调整后的喷射系统vwin对于app流速不均将具有更好的适应性。

(3)调整前后的现场测试结果表明,在60%脱硝效率下,通过氨喷射系统调整将脱硝反应器出口截面的NOx分布相对标准偏差由40%降低至15%以内,可在一定程度上延长vwin德赢网的使用vwin。

(4)调整后反应器出口截面氨逃逸vwin局部过高的现象消失,降低了下游空气预热器ABS腐蚀的风险。

本文对氨喷射系统调整方案和效果的评估方法,对火电厂SCRapp脱硝装置优化运行及改造具有一定的借鉴意义。


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