SCR反应器入口速度与氨分布不均匀性对脱硝性能的影响

2.4满足NOx超低排放需求的入口速度和氨分布不均匀度设计标准

前文提到，环保部建议在2020年前将燃煤电厂的氮氧化物排放限制到50mg/m3以下，现行的燃煤电厂氨逃逸的控制标准为3mg/m3，本文针对同时满足超低NOx排放和氨逃逸的需求，对入口速度和氨分布的不均匀度设计标准进行了探究。

图9满足超低NOx排放需求的偏差设计限值

图9给出了在空速4000h−1、氨氮比0.95、温度375℃、入口NO浓度410.7mg/m3下分别满足NO排放低于50mg/m3、NH3逃逸低于3mg/m3的速度分布相对偏差和氨分布相对偏差的临界曲线，其交汇部分即2个排放标准同时满足时的偏差设计标准。

图9中每一条曲线以内的偏差条件对应的工况污染物排放均能达标，曲线以外的工况污染物排放不能达标，2条曲线均是呈现反比例趋势的曲线。

可以看到在平均空速4000h−1、平均氨氮比0.95时，由于平均氨氮比较小，满足NH3排放低于3mg/m3的曲线取值范围较广。当速度偏差为0时，浓度偏差可以放宽到6.6%；当浓度偏差为0时，速度偏差可以放宽到38%；而原有的速度偏差15%，浓度偏差5%的标准刚好处于氨逃逸的控制曲线范围内。

但满足NO排放50mg/m3的曲线取值范围较小，当速度偏差为0时，浓度偏差可以放宽到2.4%，但其随速度偏差变化较为缓慢，说明其受浓度偏差影响大于其受速度偏差的影响。

从上述分析可以看到，限制入口分布相对偏差来实现反应器出口达到超低排放，主要是要控制氨分布的相对偏差，若速度分布相对偏差维持原限值15%不变，则浓度分布相对偏差限值要在2.0%以内，若将速度分布相对偏差控制在10%，则浓度分布相对偏差限值在2.3%以内，这对流动中还原剂和主气流的混合能力提出了高要求。

利用图9的方法，在不同的平均空速和平均氨氮比下进行了计算，因速度分布相对偏差影响小，所以取其为现行的设计标准15%，根据计算结果建议为达到超低排放，氨分布相对偏差的设计限值如表3所示。

表3不同工况下的氨分布相对偏差设计限值

由表3可以看出，在氨氮比不变的情况下，平均空速的降低可以使得浓度偏差限值放宽，但由于要考虑氨逃逸达标，单纯升高平均氨氮比解决不了问题。如平均空速为3000h−1时，氨氮比从0.97升高到0.99，浓度偏差限值从6.9%变到4.2%；平均空速为4000h−1时，浓度偏差限值相应地从4.3%变为0.3%。因此，在设计过程中应综合考虑氨氮比、空速与分布偏差限值的组合。

3结论

1）本文提出了一种分析SCR反应器入口流场和还原剂浓度场分布不均匀性对脱硝性能影响的方法。研究发现，在平均空速4000h−1、氨氮比0.95、速度分布相对偏差15%、浓度分布相对偏差5%的工况下，文中采用的9种不均匀入口分布对应的出口NO浓度均超过50mg/m3，氨逃逸均小于3mg/m3。分布形态不同，影响程度不同。偏差分布最均匀的分布形态对应的脱硝性能相对最差。

2）在同样的分布形态和入口条件下，反应器出口NO浓度和氨逃逸随着速度偏差和浓度偏差的增加而增加。在相同比例的变化下，浓度偏差的变化对脱硝性能的影响远大于速度偏差。

3）相同氨氮比下，随空速的增加，出口NO浓度呈近似线性增加的趋势、氨逃逸则呈加速上升趋势。相同空速下，随氨氮比的增加，出口NO浓度下降、氨逃逸上升。

4）在空速4000h−1，氨氮比0.95时，若达到超低排放，需将还原剂浓度分布相对偏差控制在2.0%以下。适当降低平均空速或增加平均氨氮比可以放宽偏差设计限值；但过于增加平均氨氮比会使难于调整的浓度偏差限值进一步降低。因此，需综合考虑氨氮比、空速与分布偏差限值的组合来满足超低排放需求。

参考文献略

《中国电机工程学报》作者：李晗天，宋蔷，姚强

延伸阅读：

燃煤电厂脱硝设施运行绩效提升技术研究

超低排放电站锅炉SCR脱硝装置的故障诊断及运行优化研究

燃煤电厂600MW机组烟气脱硝系统的总体设计

最新最全 国内外脱硝技术的现状及展望