燃煤電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)的研究

■王飛

（青島華拓電力設(shè)計有限公司山東青島266031）

燃煤電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)的研究

■王飛

（青島華拓電力設(shè)計有限公司山東青島266031）

近幾年，我國氮氧化物污染問題日益突出，其排放量居高不下，成為了我國城市酸雨、霧霾等一系列環(huán)境問題的根源。其中燃煤發(fā)電廠生產(chǎn)燃料主要是煤。煤在燃燒的過程中將產(chǎn)生大量的粉塵、SOX與NOX，使得區(qū)域性大氣污染問題日趨明顯。由此，本文就燃煤發(fā)電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)進行了研究，分別分析了SCR煙氣脫硝技術(shù)的脫硝原理、工藝流程及技術(shù)實施的控制要點，希望能夠為相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員提供一些借鑒。

燃煤電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)研究

近年來，我國SO2和NOX的排放量不斷增加，區(qū)域性大氣污染日趨明顯。隨著電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，脫硝技術(shù)將成為各大電力企業(yè)，尤其是火電廠的新關(guān)注點。其中SCR技術(shù)成熟，運行可靠，脫硝效率可以達(dá)到90%以上，NOX排放濃度可降至100 mg/m3左右，是目前世界上應(yīng)用最多、最為成熟的一種煙氣脫硝技術(shù)。

1 SCR煙氣脫硝技術(shù)反應(yīng)機理

SCR的化學(xué)反應(yīng)機理比較復(fù)雜，主要是NH3在一定的溫度和催化劑 (V205,TiO2)的作用下，有選擇地把煙氣中的NOX還原為N2，同時生成水。

在沒有催化劑的情況下，這些反應(yīng)只能在很窄的溫度范圍內(nèi)（980℃左右）進行，通過選擇合適的催化劑，可以降低反應(yīng)溫度，并且可以擴展到適合電廠實際工況的290℃--430℃范圍。由于氨具有揮發(fā)性，很有可能逃逸，并與S03反應(yīng)生成NH4HSO4和（NH4）2SO4，對空氣預(yù)熱器造成粘污。

2 SCR煙氣脫硝技術(shù)工藝流程

SCR系統(tǒng)一般是由氨儲存系統(tǒng)、氨左氣噴霧系統(tǒng)、催化反應(yīng)器系統(tǒng)、省煤器旁路、SCR旁路、檢測控制系統(tǒng)等組成。首先，液氨由液氨罐車運送到液氨儲罐，輸出的液氨經(jīng)蒸發(fā)器蒸發(fā)成氨氣，再將其加熱到常溫后送入氨緩沖槽中備用。運行時，將緩沖槽的氨氣減壓后送入氨左氣混合器中，與空氣混合后進入煙道內(nèi)的噴氨格柵，噴入煙道后再通過靜態(tài)混合器與煙氣充分混合，繼而進入到SCR反應(yīng)器中。

SCR反應(yīng)器反應(yīng)器本體一般采用三層固定床設(shè)計，一層安裝催化劑，預(yù)留兩層備用，為以后更改煤種調(diào)整運行工況提供催化劑的擴展空間。其中煙氣豎直向下流動，反應(yīng)器入口設(shè)氣流均布裝置，為防止未處理過的煙氣泄露，在催化劑模塊間及模塊與SCR反應(yīng)器殼間有密封設(shè)計。

SCR反應(yīng)器布置方式、SCR工藝的核心裝置是脫硝反應(yīng)器，就煙氣流向而言有水平和垂直氣流兩種布置方式，由于燃煤鍋爐煙氣中的含塵量很高，因此一般采用垂直氣流方式。因為脫硝反應(yīng)要在一定的溫度下才能實現(xiàn)，所以SCR反應(yīng)器需設(shè)置在鍋爐省煤器和空預(yù)器之間，用煙道銜接。

SCR催化反應(yīng)器在鍋爐煙道的布置、常見的有三種方案:①高塵高溫布置：在空氣預(yù)熱器前350℃位置，反應(yīng)器直接安裝在省煤器和空氣預(yù)熱器之間，布置在靜電除塵器之前，是SCR法比較典型的布置。優(yōu)點是進入的煙氣溫度高(320-420℃)，不需再次加熱，適合大多數(shù)的催化劑工作溫度，而且技術(shù)也成熟，投資維護費用低。缺點是飛灰含量大催化劑易中毒，接觸表面易磨損，催化劑孔徑容易被飛灰顆粒和硫酸氫按晶體堵塞，需配備蒸汽吹灰器對催化劑表面定期吹掃。②高溫低塵布置：安裝在在靜電除塵器和空氣預(yù)熱器之間。優(yōu)點是進入反應(yīng)器的煙氣溫度高，飛灰含量低，催化劑表面無需硬化。缺點是煙氣中二氧化硫含量高，飛灰顆粒較細(xì)，催化劑易堵塞，而且空氣預(yù)熱器表面易結(jié)垢，影響換熱效率。③低溫低塵段布置：安裝在FGD(濕法煙氣脫硫裝置)之后。優(yōu)點是煙氣中的飛灰、二氧化硫含量極低，催化劑的磨損及堵塞率低，但缺點是經(jīng)過脫硫FGD后的煙氣溫度很低(一般為55-70℃)，需投入專門設(shè)備對煙氣再加熱，投資、運行、維護費用很高。

3 SCR煙氣脫硝技術(shù)的控制要點

3.1 流場設(shè)計

在煙氣脫硝裝置的設(shè)計中，脫硝反應(yīng)器是非常重要的技術(shù)關(guān)口，它主要與催化劑入口處界面氣體的反應(yīng)速度及其勻稱性有很大聯(lián)系。當(dāng)前，SCR脫硝裝置在運行中會遇到很多問題，產(chǎn)生這些問題的原因主要是流場的分布極其不均勻。因此，在設(shè)計初期，可利用數(shù)值的流場模擬和物理模型試驗來解決該問題。

3.2 催化劑選型

在SCR煙氣脫硝技術(shù)的實施過程中，催化劑關(guān)系著整個系統(tǒng)的運行效率，處于脫硝工藝的核心位置。催化劑在脫硝裝置中對脫除比率的影響非常大，這與催化劑的類型及其表面結(jié)構(gòu)的特殊性質(zhì)有很大關(guān)系。其中，催化劑的活性直接影響著脫硝的最終效率。

3.3 反應(yīng)溫度

采用釩、鉻、鎢催化劑，當(dāng)反應(yīng)溫度改變時，可能發(fā)生一些不利于NOX還原的副反應(yīng)，尤其是當(dāng)溫度較高時。比如，發(fā)生NH3分解為N2和H2或NH3被O2氧化為NO的反應(yīng)時，還原劑會減少。這些反應(yīng)在溫度超過450℃時開始變得激烈，溫度繼續(xù)升高后還可能生成NO2，進而使NOX的還原率下降；溫度為300-400℃時，NH3與NOX只生成N2和H2O，NOX的還原率隨著反應(yīng)溫度的升高而提升。

3.4 空間速度

空間速度標(biāo)志著煙氣在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間。如果空間速度過慢，則催化劑和設(shè)備的利用率會降低；如果空間速度過快，則氣體和催化劑的接觸時間會變短，導(dǎo)致反應(yīng)不充分，NOX的脫除率下降。

4 結(jié)束語

綜上所述，SCR煙氣脫硝技術(shù)是目前我國燃煤廠較為常用的煙氣脫硝技術(shù)。其工藝較為成熟，且容易控制，脫硝率可達(dá)90%，是一種較為理想的煙氣脫硝技術(shù)。因此，持續(xù)開展SCR煙氣脫硝技術(shù)的研究，對促進我國脫硝產(chǎn)業(yè)與環(huán)境保護和諧發(fā)展具有重要的意義。

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P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-459-1