選擇性催化還原（SCR）脫硝系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)優(yōu)化方法的初探

邊疆、周義剛、劉衛(wèi)平、薛澤海、孫國通

(1天津市電力科學(xué)研究院 2天津市電力科技發(fā)展公司 300022)

引言：

燃煤電廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的粉塵、SOX、NOX和有害金屬元素等。隨著國家工業(yè)水平的提高和國家對(duì)減少大氣污染的日益重視，采用脫硝技術(shù)減少鍋爐排煙中的氮氧化物含量已成今后大型火電機(jī)組繼脫硫后的又一個(gè)重點(diǎn)環(huán)保環(huán)節(jié)。

目前，我國對(duì)于燃燒產(chǎn)生的NOX控制方法主要有燃燒前控制、燃燒中控制和燃燒后控制三類。燃燒前控制因成本很高，工程應(yīng)用較少；而燃燒中控制技術(shù)，脫硝效率不高，無法有效的控制NOX排放。所以現(xiàn)國內(nèi)新建的燃煤鍋爐基本采用燃燒中控制配合燃燒后控制的雙重手段，即低NOX燃燒技術(shù)配合煙道尾部高溫高塵條件下加裝選擇性催化還原（SCR）脫硝裝置。由于采用上述脫硝技術(shù)的NOX脫除率高、運(yùn)行簡(jiǎn)單，因此選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)將成為我國控制NOX排放的最有效的控制手段。

本文主要對(duì)天津某電廠2×350MW供熱機(jī)組的SCR脫硝系統(tǒng)投入運(yùn)行后的技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化和調(diào)整方法進(jìn)行討論。

1.選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置工作原理

選擇性催化還原法（以下簡(jiǎn)稱SCR）脫硝裝置指將NH3等還原劑噴入煙氣中,利用催化劑將煙氣中的NOX轉(zhuǎn)化為N2和H2O。在氨選擇催化反應(yīng)過程中，還原劑可以選擇性地與NOX發(fā)生反應(yīng)，而不是被O2氧化，因此反應(yīng)被稱為“選擇性”。主要反應(yīng)式如下:

鍋爐煙氣中的大部分NOX均以NO的形式存在，NO2約占5%，影響并不顯著。所以，以反應(yīng)(1)、(2)為主。反應(yīng)原理如圖1所示。

圖1 SCR反應(yīng)原理示意

2.SCR脫硝系統(tǒng)投運(yùn)中存在的問題

對(duì)于SCR脫銷技術(shù)，在應(yīng)用中還存在不少的問題，如果脫硝反應(yīng)不完全，很有可能致使還原劑氨發(fā)生不必要的逃逸現(xiàn)象。在反應(yīng)條件改變時(shí)，會(huì)發(fā)生如下的氧化反應(yīng)：

上述反應(yīng)的發(fā)生弱化了脫硝效果影響脫硝效率，應(yīng)盡量避免發(fā)生。同時(shí)SCR催化劑在催化脫硝反應(yīng)的同時(shí)也會(huì)將煙氣中的SO2氧化為SO3，SO3又能與逃逸的氨繼續(xù)發(fā)生如下副反應(yīng)：

其中NH4HSO4是一種粘附性很強(qiáng)并具有較強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，具有極強(qiáng)的吸附性，造成大量灰分沉降在空預(yù)器換熱元件表面和卡在層間引起堵塞，使空預(yù)器阻力上升。對(duì)鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生不必要的影響增加引風(fēng)機(jī)能耗，

鍋爐煙道中的煙氣流速并不均勻，導(dǎo)致SCR脫硝系統(tǒng)內(nèi)各區(qū)域還原劑NH3的需求量也不相同，如果在煙道內(nèi)還原劑投入量不合理也會(huì)造成脫硝總體效率不高，氨逃逸率過高的情況。

3 SCR脫硝系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化方法

3.1 合理提高SCR脫硝系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)的煙氣溫度

SCR脫硝系統(tǒng)應(yīng)選擇在反應(yīng)區(qū)煙氣溫度較高的情況下進(jìn)行投運(yùn)，投運(yùn)時(shí)溫度應(yīng)控制在350℃以上。SCR脫硝系統(tǒng)投運(yùn)初期就采用較高的煙氣溫度可以提高NOX與NH3反應(yīng)活性，使NH3反應(yīng)更完全從而減少NH3的逃逸率。

3.2 控制氨氣投入量，保證出口NOX濃度不會(huì)過低

合理控制SCR脫硝出口（空預(yù)器入口）處的NOX含量，保證出口的NOX濃度量不低于50mg/Nm3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)。脫硝系統(tǒng)出口的NOX濃度過低，會(huì)導(dǎo)致氨氣的逃逸率相應(yīng)的升高。逃逸的氨氣會(huì)與煙氣中的SO3反應(yīng)，生成硫酸氫氨對(duì)鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行造成不必要的影響。

3.3 控制SCR脫硝系統(tǒng)中的氨氣與空氣比例

合理控制SCR脫硝系統(tǒng)的氨氣和空氣的混合比例，在保證氨氣占混合氣體積不超過報(bào)警濃度的前提下，可以適當(dāng)?shù)膶⒒旌蠚庵邪睔獾谋壤刂圃?%～10%范圍內(nèi)。通過提高氨氣比例可以保證，即使燃燒高于設(shè)計(jì)含氮量的煤種時(shí)，也有足夠的還原劑進(jìn)行脫硝反應(yīng)，保證脫硝效率。

3.4 合理調(diào)配SCR脫硝系統(tǒng)各噴嘴的噴氨量

因鍋爐實(shí)際的煙氣系統(tǒng)中NOX含量并不平均，需要根據(jù)煙氣流速和NOX分布情況調(diào)整各噴嘴的還原劑流量，保證了氨氣在脫硝反應(yīng)區(qū)內(nèi)合理分配。通過上述方法可以確保還原劑NH3與NOX完全反應(yīng)，有效的提高了脫銷效率的同時(shí)降低氨的逃逸率。

4 SCR脫硝系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化實(shí)例

在某供熱機(jī)組運(yùn)行期間，在燃燒煤種、鍋爐負(fù)荷不變的工況下對(duì)一側(cè)SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，并對(duì)優(yōu)化前后脫硝效果進(jìn)行了對(duì)比。

4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

具體鍋爐、燃煤及脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，SCR脫硝系統(tǒng)圖見圖2。

表1 某電廠鍋爐及SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)（設(shè)計(jì)煤種）

4.2 優(yōu)化調(diào)整前SCR脫硝系統(tǒng)情況

優(yōu)化調(diào)整前供氨量：48kg/h，混合氣體總流量：1160 m3/h?；旌虾髮?duì)各噴氨支管路氣體流量進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見圖3。

使用紅外煙氣分析儀對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)出口同一截面的的NOX濃度進(jìn)行網(wǎng)格法測(cè)量，并將NOX濃度修正到6.0%O2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)結(jié)果見表2，NOX分布棒狀圖見圖4。

圖3 各支噴氨管路調(diào)整前混合氣體流量（單位m3/h）

圖4 優(yōu)化調(diào)整前脫硝系統(tǒng)出口NOX濃度分布棒狀圖

圖4 噴氨管調(diào)整后混合氣體流量數(shù)據(jù)

優(yōu)化調(diào)整前SCR脫硝系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)較差，投入還原劑各支管路的流量并沒有與實(shí)際的NOX濃度相對(duì)應(yīng)，造成脫硝出口的NOX濃度偏高并且分布不均，出口各測(cè)點(diǎn)的NOX濃度的標(biāo)準(zhǔn)偏差大。

4.3 優(yōu)化調(diào)整后SCR脫硝系統(tǒng)情況

根據(jù)優(yōu)化調(diào)整前的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整后SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)如下：供氨量：57kg/h，混合氣體流量：1242m3/h。調(diào)整后還原劑各支管路流量測(cè)量結(jié)果見圖4。

通過對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整效果明顯，優(yōu)化后的SCR脫硝系統(tǒng)出口NOX濃度分布情況見表3，棒狀分布圖見圖5。

表2 投入SCR脫硝系統(tǒng)后出口各取樣管NOX含量

4.4 總結(jié)

通過對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化前、后的工況對(duì)比，可見脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化效果明顯。調(diào)整后脫硝出口NOX的平均濃度比調(diào)整前下降了40mg/Nm3（6%O2工況）以上，NOX濃度分布較調(diào)整前更加的均勻，標(biāo)準(zhǔn)偏差較調(diào)整前降低了10以上。說明對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)的方法合理，能夠達(dá)到降低出口NOX濃度，提高脫硝效率，減少氨的逃逸率的效果。

表3 SCR脫硝系統(tǒng)出口調(diào)整后的各取樣管NOX含量

圖5 優(yōu)化調(diào)整后脫硝系統(tǒng)出口NOX濃度分布棒狀圖

4 結(jié)束語

1.優(yōu)化調(diào)整時(shí)應(yīng)根據(jù)脫硝出口NOX濃度分布情況進(jìn)行，對(duì)出口NOX含量低于平均值的區(qū)域應(yīng)減少對(duì)應(yīng)噴氨口的混合氣體流量，反之偏高的區(qū)域增加流量。

2.增、減混合氣體流量時(shí)應(yīng)變化不應(yīng)太大，最多以1～0.5m3/h的流量步幅增減，如果流量變化過大，會(huì)對(duì)整體NOX濃度場(chǎng)的分布產(chǎn)生影響，不利于脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整。

3.優(yōu)化時(shí)對(duì)還原劑NH3的供應(yīng)量的調(diào)整應(yīng)緩慢進(jìn)行，因脫硝系統(tǒng)的調(diào)整反應(yīng)具有一定的延時(shí)性，所以每次調(diào)整間隔不應(yīng)小于20分鐘。

4.在調(diào)整期間應(yīng)保持鍋爐運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定，調(diào)整期間的鍋爐燃燒用煤也不能發(fā)生較大變化。如果工況或煤質(zhì)發(fā)生變化應(yīng)停止調(diào)整，待工況及煤質(zhì)恢復(fù)到變化前的狀態(tài)后再進(jìn)行調(diào)整，防止因外界因素的變化干擾脫硝的優(yōu)化調(diào)整。

5.投入SCR脫硝系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)保證脫硝系統(tǒng)煙氣溫度在350℃以上，保證催化劑在最佳的工作溫度運(yùn)行。

6.根據(jù)實(shí)際測(cè)量的NOX濃度場(chǎng)的分布狀況，對(duì)噴氨各分支管路的流量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整能降低NOX的排放含量，提高氨氣的有效利用程度，減少氨氣的浪費(fèi)，避免造成未反應(yīng)的氨氣再對(duì)大氣造成二次污染。

[1]段傳和，夏懷祥，燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術(shù),中國電力出版社.2009

[2]廖永進(jìn)，火電廠SCR系統(tǒng)的調(diào)試、運(yùn)行優(yōu)化及性能試驗(yàn)介紹，中電建調(diào)試專委會(huì)火電廠脫硝技術(shù)研討會(huì)會(huì)議資料.2009

[3]脫硝系統(tǒng)設(shè)備說明書