煙氣脫硝SCR技術(shù)在1000MW超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用

摘 要：在1000MW超超臨界機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中，雖然采用了低氮燃燒技術(shù)，但仍會(huì)排放出大量的氮氧化物，對(duì)此，應(yīng)該選用有效的脫硝技術(shù)，解決污染排放問題。煙氣脫硝技術(shù)的種類有很多種，其中，SCR技在運(yùn)行成本、污染排放濃度以及技術(shù)成熟度等方面均存在很大優(yōu)勢，是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)之一。對(duì)此，本文首先對(duì)煙氣脫硝SCR技術(shù)進(jìn)行介紹，然后對(duì)SCR技術(shù)的控制流程進(jìn)行分析，并以某1000MW超臨界機(jī)組為研究對(duì)象，對(duì)煙氣脫硝SCR技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)以及應(yīng)用效果進(jìn)行詳細(xì)探究。

關(guān)鍵詞：SCR技術(shù)；脫硝工藝系統(tǒng)；控制

中圖分類號(hào)：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）14-0214-02

1 引 言

燃煤發(fā)電廠在生產(chǎn)運(yùn)行中排放出含有大量煙塵、SO2、NOx等污染物的煙氣，對(duì)大氣環(huán)境的污染日益嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國大氣環(huán)境的煤煙型污染含物煙塵、SO2、NOx、Hg排放總量已居世界第一，SO2和NOx的排放量均超過環(huán)境自凈能力，環(huán)境狀況形勢十分嚴(yán)峻。因此對(duì)大氣污染的治理工作迫在眉睫，國家修訂出臺(tái)了史上最嚴(yán)的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，在控制燃煤電廠氮氧化物排放方面，主要采用低氮燃燒技術(shù)與煙氣脫硝技術(shù)相結(jié)合的控制措施，以低氮燃燒技術(shù)應(yīng)作為燃煤電廠氮氧化物控制的首選技術(shù)，煙氣脫硝技術(shù)作為末級(jí)控制措施。目前國內(nèi)煙氣脫硝技術(shù)常用的方法有：選擇性催化還原技術(shù)（SCR）、選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）、選擇性非催化還原與選擇性催化還原聯(lián)合技術(shù)（SNCR-SCR）及其他煙氣脫硝技術(shù)。在眾多的脫硝技術(shù)中，選擇性催化還原法（SCR）是脫硝效率最高，最為成熟的脫硝技術(shù)，在1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組中成為脫硝技術(shù)的首選。表1是各種脫硫技術(shù)的性能對(duì)比分析表。

2 煙氣脫硝SCR技術(shù)概述

SCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)主要由供氨系統(tǒng)、脫硝反應(yīng)系統(tǒng)和其他輔助設(shè)備組成。其中供氨系統(tǒng)由卸氨設(shè)施、液氨儲(chǔ)罐、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐等組成；脫硝反應(yīng)系統(tǒng)由SCR反應(yīng)器、噴氨系統(tǒng)等組成；SCR其它輔助設(shè)備和設(shè)施主要包括SCR反應(yīng)器的相關(guān)管路系統(tǒng)和吹灰裝置及檢測控制系統(tǒng)等。

氨和稀釋空氣混合，經(jīng)過噴氨格柵噴入SCR反應(yīng)器上游的煙氣中：充分混合后的還原劑和煙氣在SCR反應(yīng)器中反應(yīng)，生成N2和H2O，去除煙氣中的NOx（反應(yīng)式如下所示）。SCR主要工藝流程如圖1所示。

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2→6N2+6H2O

3 SCR主要的控制流程

脫硝主要檢測、控制的參數(shù)有：反應(yīng)器入口溫度、出入口氮氧化物濃度和入口煙氣流量、稀釋風(fēng)量、噴氨流量、SCR反應(yīng)器壓差、氨逃逸指標(biāo)等。

SCR反應(yīng)器入口溫度要求在320～400℃之間，在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，SCR反應(yīng)可以進(jìn)行。所以在SCR反應(yīng)器入口設(shè)置溫度遠(yuǎn)傳，用于二取二聯(lián)鎖或三取二聯(lián)鎖。當(dāng)聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)，關(guān)閉氨氣緩沖罐出口閥門，SCR反應(yīng)終止。

為保證煙氣與NH3的充分結(jié)合，首先需要將氨氣濃度進(jìn)行稀釋，使氨氣分布更加均勻，增加動(dòng)能，提高氨氣的擴(kuò)散能力。然后用風(fēng)機(jī)將空氣注入，這個(gè)過程要嚴(yán)格控制進(jìn)入空氣量，如果低于設(shè)定值，需要關(guān)閉氨氣緩沖罐的出口閥門，減少氨逃逸。最后設(shè)置噴射格柵，使得NH3沿?zé)煹澜孛婢鶆虻姆植肌?/p>

氨空混合氣從噴氨格柵總管通過數(shù)條支路接入煙道，在煙道內(nèi)設(shè)置噴射口。為使其每個(gè)支路相對(duì)均勻噴射，在每條支路上設(shè)置限流孔板，并通過檢測孔板前后的壓力差確定其噴射量，可手動(dòng)調(diào)節(jié)其噴入量。噴氨隔柵流量分支較多，在用裝置多以現(xiàn)場儀表作為控制手段，遠(yuǎn)傳儀表可以使用，但投資較高。

氨的注入量是脫硝反應(yīng)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，在高氨氮摩爾比下，可以達(dá)到很高的NOx去除效率，但同時(shí)會(huì)增加氨逃逸量，所以根據(jù)煙氣中氮氧化物濃度盡量控制噴氨量。脫硫入口的NOx及引自鍋爐的煙氣流量信號(hào)通過計(jì)算可以得到其中NOx的量，NH3/NOx摩爾比作為給定值，通過DCS計(jì)算單元計(jì)算出需要的NH3流量，通過調(diào)節(jié)閥不斷調(diào)節(jié)NH3的注入量，具體控制邏輯如圖2所示。

SCR反應(yīng)器壓差的檢測可以確定催化劑模塊是否堵塞，在每一層催化劑的上下設(shè)置差壓變送器，當(dāng)壓力高于某一設(shè)定值時(shí)，報(bào)警，此時(shí)需要開啟吹灰器。聲波吹灰器和蒸汽吹灰器是常用的兩種吹灰形式。比較而言，蒸汽吹灰器以其性價(jià)比高、工作噪音小、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢被廣泛采納。蒸汽吹灰器設(shè)置在每層催化劑的上方，保證催化劑的清潔和反應(yīng)活性。催化劑支撐結(jié)構(gòu)在保證牢固的情況下，合理排列，避免產(chǎn)生煙氣渦流和回流。

在脫硝反應(yīng)出口設(shè)置氨逃逸在線分析儀，遠(yuǎn)傳至DCS，當(dāng)檢測值高于設(shè)定值時(shí)報(bào)警。據(jù)調(diào)研了解到，氨逃逸一定要控制在小范圍內(nèi)，否則一星期之內(nèi)鍋爐壓降增加1.0kPa。長此以往，鍋爐內(nèi)的壓降會(huì)不斷增大，最終導(dǎo)致停爐檢修。

4 煙氣脫硝SCR技術(shù)在1000MW超臨界機(jī)組中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

某發(fā)電廠規(guī)劃應(yīng)用裝機(jī)容量為2臺(tái)1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，其主體工程為超超臨界參數(shù)直流爐，一次再熱、平衡通風(fēng)，露天布置鍋爐，同步建設(shè)脫硝設(shè)備，綜合考慮技術(shù)條件、項(xiàng)目建設(shè)成本等多個(gè)因素，在本工程建設(shè)中，采用低氮燃燒技術(shù)并配套建設(shè)選擇性催化還原法SCR脫硝裝置。要求在鍋爐最大工況（BMCR）、處理100%煙氣量條件下，能夠?qū)⒚撓跣蚀笥?0%，同時(shí)，脫硝后NOx排放濃度低于80mg/m3。

4.2 工藝流程

本工程SCR脫硝裝置布設(shè)在省煤器和空氣預(yù)熱器之間，一爐配置2臺(tái)SCR反應(yīng)器，分別為A側(cè)和B側(cè)。在鍋爐省煤器位置，煙氣被平均分為兩路，然后進(jìn)入SCR反應(yīng)器中，SCR反應(yīng)器采用垂直布設(shè)方式，與噴氨系統(tǒng)所噴出的氨氣進(jìn)行充分混合，并進(jìn)入催化劑層中，在此過程中，NOx被還原成N2，再進(jìn)入至空氣預(yù)熱器、電除塵器、引風(fēng)機(jī)以及脫硫裝置中，最后通過煙囪排放。

4.3 主要設(shè)備

4.3.1 反應(yīng)器

本工程采用l臺(tái)鍋爐配2臺(tái)反應(yīng)器的方式，其中SCR反應(yīng)器采用鋼板制作形成，同時(shí)，在其中填充催化劑，截面成矩形，被固定在中心，向外膨脹，進(jìn)而獲得最小的水平位移。煙氣采用水平進(jìn)入的方式進(jìn)入至反應(yīng)器頂部，然后垂直通過反應(yīng)器，在煙道上安裝均流器，另外，對(duì)于催化劑層，采用板式結(jié)構(gòu)的構(gòu)架進(jìn)行支撐。為了避免催化劑層積灰，在每一層催化劑上，還安裝吹灰器。

4.3.2 催化劑

催化劑一般有平板式催化劑、蜂窩式催化劑、波紋狀催化劑三類。其中平板式催化劑主要以不銹鋼金屬網(wǎng)格為基材負(fù)載上含有活性成份的載體壓制而成；蜂窩式催化劑一般是把載體和活性成份混合物整體擠壓成型；波紋狀催化劑外形如起伏的波紋，從而形成小孔。加工工藝是先制作玻璃纖維加固的TiO2基板，再把基板放到催化活性溶液中浸泡，以使活性成份能均勻吸附在基板上。這些催化劑的主要成分都是WO3和V2O5。其中，蜂窩式催化劑在耐久性、耐腐蝕性、可靠性和壓降等方面均有很高的優(yōu)勢，所以蜂窩式催化劑在SCR煙氣脫硝技術(shù)中的應(yīng)用最為廣泛，經(jīng)綜合比較，本工程采用了蜂窩式催化劑。表2是不同催化劑的性能比較。

4.3.3 還原劑的選擇和應(yīng)用

SCR技術(shù)的使用離不開還原劑的催化，目前該技術(shù)所使用的還原劑主要包括液氨、氨水和尿素三類。選擇這三種物質(zhì)作為還原劑主要是考慮到了這些物質(zhì)在物理性質(zhì)以及運(yùn)輸和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)的特殊性能的安全性。由表3可以詳細(xì)的看出液氨、氨水和尿素作為還原劑時(shí)的綜合比較，本工程選用液氨作為還原劑。

4.3.4 噴氨系統(tǒng)

在本工程施工中，采用純氨法制氨方式，對(duì)于噴氨裝置需要將其安裝在脫硝反應(yīng)器入口位置的豎直煙道中。采用槽車將液氨運(yùn)輸至貯槽中，對(duì)于液氨貯槽輸出的液氨，在經(jīng)過液氨蒸發(fā)槽蒸發(fā)為氨氣經(jīng)過調(diào)壓閥的減壓處理進(jìn)入氨氣緩沖罐，然后傳送至各個(gè)機(jī)組的氨氣/空氣混合器中，與風(fēng)機(jī)所輸送的空氣進(jìn)行充分混合，并通過噴氨格柵（AIG）噴入煙氣中，當(dāng)其與煙氣進(jìn)行充分混合后，即可進(jìn)入SCR反應(yīng)器中。氨氣系統(tǒng)緊急排放的氨氣則排入氨氣稀釋槽中，經(jīng)水吸收排人廢水池，再經(jīng)由廢水泵送至廠區(qū)廢水系統(tǒng)處理。

4.4 實(shí)際運(yùn)行效果

在該1000MW超臨界機(jī)組中應(yīng)用煙氣脫硝SCR技術(shù)，根據(jù)檢測報(bào)告，SCR反應(yīng)器A、B側(cè)出口NOx排放濃度分別為48.9mg/m3，49.8mg/m3，脫硝效率大于80%，脫硝系統(tǒng)運(yùn)行效果良好。

4.5 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行的主要危害因素

由于本工程SCR法脫硝系統(tǒng)以液氨作為吸收劑，因其所具有的腐蝕性、爆炸性等主要危害因素，因此，在運(yùn)行中必須嚴(yán)格落實(shí)其安全管理規(guī)定及應(yīng)急處置措施，消除其對(duì)人員及設(shè)備所帶來的安全危險(xiǎn)。

5 結(jié) 語

綜上所述，本文主要結(jié)合實(shí)例，對(duì)煙氣脫硝技術(shù)SCR在1000MW超臨界機(jī)組中的應(yīng)用方式進(jìn)行了介紹，在SCR技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況制定完善的工藝流程，合理選用反應(yīng)器、催化劑、還原劑等等，充分發(fā)揮SCR脫硝系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，進(jìn)而為機(jī)組的安全環(huán)保運(yùn)行提供保障。

參考文獻(xiàn)

[1]楊建國，胡勁逸，趙 虹，等.660MW超超臨界機(jī)組運(yùn)行方式對(duì)SCR系統(tǒng)氨逃逸率的影響[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2015，35（6）：476～480.

[2]林海波，游春桃，周 波，等.超超臨界2×1036MW機(jī)組SCR脫硝裝置氨蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)[J].熱力發(fā)電，2011，40（3）：65～68.

[3]白文剛，于在松，張一帆，等.超超臨界二次再熱機(jī)組鍋爐全負(fù)荷脫硝特性[J].熱力發(fā)電，2017，46（8）：141～144.

收稿日期：2018-4-14