神华宁东2x660MW机组脱硝2+1方案分析

宁东SCR法脱硝设计方案说明

1.1 工艺原理

宁东二期工程尾部脱硝采用选择性催化还原法（即SCR法）进行脱硝。SCR 烟气脱硝技术是指在310-400℃的烟气温度范围内喷入氨气作为还原剂，在催化剂的作用下与烟气中的NOx发生选择性催化反应生成N2和H2O。SCR烟气脱硝技术具有脱硝效率高、成熟可靠、经济合理、应用广泛，特别适合于机组负荷变动频繁以及对空气质量要求较敏感的燃煤机组。

本项目SCR为全负荷脱硝，脱硝效率为85%，在锅炉省煤器出口NOx浓度不超过250mg/Nm3的情况下脱硝出口氮氧化物排放浓度降至40mg/Nm3（干基，6%O2）、

（签订技术协议时已要求省煤器出口NOx浓度不超过180mg/Nm3，。按小于200mg/Nm3考核）。

SCR法脱硝的主反应如下：

4NO+ 4NH3+ O2→4N2+ 6H2O

2NO2+ 4NH3+ O2→ 3N2+ 6H2O

NO2 + NO+2NH3→2N2+ 3H2O

1.2 系统设计方案

1.2.1烟道布置

本工程SCR采用高尘布置方式，布置在省煤器出口与空预器入口烟道之间。

来自尿素制备系统的氨气，为系统提供稳定的氨气源，按5%的体积浓度进入阀门站组（MVS），最后经氨喷射格栅（AIG）喷射到烟道内。

省煤器出来的烟气通过SCR进口烟道，与氨喷射格栅（AIG）注入的稀释氨气经过静态混合器后进行充分混合后进入反应器，最后在催化剂的作用下发生还原反应，反应后的烟气经SCR出口烟道到达空气预热器。

考虑到全负荷脱硝的要求，本项目设置了省煤器旁路。

北京巴威公司采用先进的计算机数值模拟设计烟道及其内部导流部件，保证在反应器入口达到SCR反应所需要的氨/硝摩尔比分布偏差、温度偏差、速度偏差等的基础上，尽可能减少SCR装置的烟气阻力，降低电厂运行成本。同时，烟道的设计充分考虑烟气磨损和堵灰问题。

1.2.2挡板、膨胀节和结构支撑等

在烟道上设置合适的膨胀节吸收烟道膨胀，其设置综合考虑烟道走向、膨胀大小以及支撑位置等因素。

1.2.3氨喷射格栅

氨气/空气的混合气体输送到分配站（MVS）,然后混合气体通过供氨管线进入氨喷射格栅（AIG）。分配站与分区集箱通过供氨管线相连，每个供氨管线对应烟道中一个分区和一组喷嘴。供氨管线上设有手动调节阀和流量孔板，用于控制所在分区的混合气流量。通常，只需在调试阶段调整手动调节阀就可优化混合气与NOx流量匹配，运行阶段不需要再进行调整。根据本工程的烟道尺寸并结合B&W的技术特点设置24个分区（单烟道），每炉共48个分区。

氨喷射格栅（AIG）的布置与烟气流动方向相垂直，其设计综合考虑烟道的几何结构距催化剂层之间的混合距离。

1.2.4静态混合器

为了提高混合的均匀性以及增加SCR脱硝系统的稳定性，本工程在氨喷射格栅（AIG）后设置了一个巴威公司专利的静态混合器。

1.2.5 催化剂

世界范围内，有很多厂商能够为SCR系统提供多种型式和规格的催化剂。本项目可选用蜂窝式和板式催化剂。

1.2.6 反应器

结合催化剂选型方案，反应器断面尺寸初步设计为14m×13m（比常规尺寸大10-15%），反应器内为2+1层布置，初装下面2层催化剂，最上面1层为备用层。针对不同的催化剂模块型式，反应器尺寸和结构采用通用化设计。在设计中，综合考虑世界主流催化剂供货商的尺寸和荷载，可安装不同厂家的催化剂。

反应器采用沿烟气垂直向下的流动方向上装设固定式催化床，并布置足够的催化剂来满足NOx的还原要求。反应器采用标准的板箱式结构，辅以各种加强筋、支撑构件和加强型外壳并支撑在钢结构上以满足防震、承载催化剂、密封、承受其它荷载和抵抗热应力的要求，并且保证与外界隔热。催化剂各模块间和模块与反应器内壁间装设的密封系统可保证烟气流经催化反应床，避免烟气短路。

1.2.7 直流格栅

为保证进入催化剂的进口速度偏差小于期望值，防止烟气积灰和磨损，我公司在反应器入口设置了直流格栅。

1.2.8 催化剂吹灰系统

本工程燃煤中的灰分中等，为保证催化剂长期在高飞灰工况下安全可靠运行，本工程在每层催化剂上均设耙式蒸汽吹灰器，初装2层吹灰器、每层4只，布置于反应器后墙。

吹灰器吹扫顺序为自上而下吹扫。在运行初期，吹灰器的吹灰频率采用每天一次。根据实际运行情况，如果催化剂的积灰轻微，可以延长两次吹灰时间间隔。

2 脱硝装置稳定运行的措施

脱硝装置稳定高效运行的关键是反应器入口烟气流场较好的分布（主要是氨硝摩尔分布偏差）和催化剂的合理选型。

2.1设计参数及措施

为保证脱硝装置出口氮氧化物浓度低于40mg/Nm3（干基，6%O2）和脱硝效率不低于85%的要求，本项目反应器入口流场设计指标：氨硝摩尔分布偏差≤5%、烟气速度分布偏差≤±15%、烟气温度偏差≤±15℃。为达到上述设计指标，我公司通过以下措施来保证上述设计指标。

1）采用了分区控制的氨喷射格栅技术

本项目单炉采用48个氨喷射格栅分区，可有效实现烟气中氮氧化物浓度与还原剂氨的匹配。

2）装设了巴威公司专利的静态混合器

该型混合器结合了涡流式混合器和导流式混合器的优点，采用先进的数值模拟技术和成熟可靠的物理模型开发出来的。该混合器性能参数优良，可以在较小的混合距离和较小的压力损失下，满足氨/硝摩尔比分布的要求。

静态混合器和氨喷射格栅配合应用，可以更好地实现氨与氮氧化物的混合，比较容易达到反应器入口流场设计指标，具有较好的脱硝性能。我公司的氨喷射格栅和静态混合器均是根据项目的设计条件和设计要求进行定制。

3）通过先进的计算机数值模拟软件设计烟道内导流部件

4）反应器入口设置了直流格栅

通过以上措施完全可保证本项目反应器入口流场设计指标的要求。

2.2选择合适的蜂窝式或板式催化剂

根据本项目的煤质情况和烟气成分，本工程选择投标方推荐的节距8.2mm、18孔的蜂窝式催化剂或节距7mm的板式催化剂，催化剂体积约为589～602m3/炉。