燃煤電廠SCR 脫硝系統(tǒng)性能的試驗(yàn)分析

白曉冉

(中國能源建設(shè)集團(tuán)華南電力試驗(yàn)研究院有限公司,廣東 廣州510663)

SCR 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行過程，通過使用催化劑，并維持反應(yīng)環(huán)境，可以將廢氣中的氮氧化物清除，生成物為氮?dú)夂退?，?duì)環(huán)境無害。從化學(xué)反應(yīng)的原理上來看，即使在反應(yīng)條件得到了精準(zhǔn)全面控制的情況下，其依然無法實(shí)現(xiàn)對(duì)于所有反應(yīng)物的清除，只可以通過催化劑、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力等參數(shù)的調(diào)整，最大化提高反應(yīng)程度，方可達(dá)到有效的污染物清除效果。

1 燃煤電廠SCR 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行原理

1.1 系統(tǒng)構(gòu)造原理

在SCR 脫硝系統(tǒng)的構(gòu)造中，燃料的燃燒過程中會(huì)生成多種氮氧化物、氨氣和硫氧化物，這類產(chǎn)生的氣體都會(huì)以管道的模式傳遞。在其的運(yùn)行過程，會(huì)在工作過程通過對(duì)各類參數(shù)的直接使用，在管道系統(tǒng)的不同節(jié)點(diǎn)上設(shè)置催化劑，以達(dá)到對(duì)各類反應(yīng)物的分解作用。另外在SCR 脫硝系統(tǒng)的構(gòu)造過程，也需要對(duì)各類氣體的反應(yīng)溫度、氣體的反應(yīng)壓力進(jìn)行調(diào)整，則在系統(tǒng)的綜合運(yùn)行過程，可以通過對(duì)該系統(tǒng)工作方法、工作原則和設(shè)定參數(shù)的分析，在該系統(tǒng)中加入輔助設(shè)施，以根據(jù)廢氣中氮氧化物、氨氣與硫氧化物的含量與反應(yīng)要求，自主調(diào)節(jié)反應(yīng)參數(shù)。

1.2 系統(tǒng)反應(yīng)原理

系統(tǒng)的反應(yīng)原理為，首先在SCR 脫硝系統(tǒng)中加入相關(guān)催化劑，其作用是提高反應(yīng)物的分解速率，此外在該系統(tǒng)的工作階段，催化劑和反應(yīng)物的接觸面積較大，故而在實(shí)際處理過程，可以進(jìn)一步提高反應(yīng)效率。其次需要在系統(tǒng)中加入氧化劑，其作用原理是，通過與產(chǎn)生廢氣的混合，在特定的環(huán)境下，可以直接通過對(duì)相關(guān)信息的處理，讓廢氣中存在的氮氧化物、氨氣等物質(zhì)和氧化劑反應(yīng)，并生成無害的氣體物質(zhì)。最后是反應(yīng)條件的把控，包括反應(yīng)溫度參數(shù)、反應(yīng)壓力參數(shù)、反應(yīng)流程參數(shù)等，讓混合之后的反應(yīng)物可以提高反應(yīng)程度。

1.3 系統(tǒng)工作優(yōu)勢(shì)

在該系統(tǒng)的使用過程，一個(gè)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為，整個(gè)系統(tǒng)的反應(yīng)速率和反應(yīng)程度較高，可以將廢氣經(jīng)過固體物質(zhì)過濾處理之后，向其中直接加入氧化劑，從而讓兩種反應(yīng)物都得到了使用，此外在實(shí)際的工作過程，混合物可以直接和系統(tǒng)中設(shè)置的催化物接觸，由于催化劑的表面積較大，且反應(yīng)環(huán)境參數(shù)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，故而在系統(tǒng)的工作過程中，可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際工作狀況進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)[1]。另一個(gè)是在該系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行過程中，由于整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，并且由于可以結(jié)合使用原有的工程信息，所以在工作過程中，在建設(shè)成本與系統(tǒng)的整體復(fù)雜度參數(shù)方面都較低。

2 燃煤電廠SCR 脫硝系統(tǒng)性能試驗(yàn)

2.1 儀器確定

在SCR 脫硝系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)過程中，需要根據(jù)具體的檢測(cè)模式，借助不同的設(shè)備完成參數(shù)分析工作。由于在火電廠排放廢氣中含有多種污染物質(zhì)，對(duì)于不同的污染物所采用的檢測(cè)方法不同。對(duì)于氮氧化物，采用的檢測(cè)方法為定點(diǎn)位電解法，儀器為自動(dòng)煙塵的測(cè)試裝置；對(duì)于氨氣的逃逸濃度，采用分光光度法，選用的儀器為分光光度儀；對(duì)于二氧化硫，采用的方法為定點(diǎn)位電解法，采用的裝置是自動(dòng)煙塵測(cè)試儀；對(duì)于三氧化硫，采用的方法為燃煤煙氣脫硫設(shè)備的性能測(cè)試方法，使用的儀器設(shè)備為分光光度儀。在所有的設(shè)備選擇過程中，都必須根據(jù)各類設(shè)備的運(yùn)行原理、工作模式和運(yùn)行方法，對(duì)其具體的規(guī)格型號(hào)進(jìn)行科學(xué)的選取，從而讓最終取得的測(cè)量結(jié)果能夠保持精度。

2.2 節(jié)點(diǎn)確定

在具體的測(cè)試過程中，必須根據(jù)各類裝置的運(yùn)行原理和工作方案，對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的選擇，由于SCR 脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，會(huì)在系統(tǒng)中設(shè)置多條管道，并且要能夠借助其他的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)于各類污染物的混合和氧化，則在后續(xù)的工作過程中，通過對(duì)于各類節(jié)點(diǎn)的有效測(cè)定，可以綜合分析當(dāng)前的實(shí)際作用方案。在具體的工作階段，煙氣的進(jìn)口區(qū)域和出口區(qū)域自然為采樣端點(diǎn)，要將其視作為一個(gè)采樣斷面，在其中設(shè)置專業(yè)的氣體檢測(cè)裝置，以分析該煙氣中含有的所有物質(zhì)的含量。對(duì)于脫硝反應(yīng)器，也要能夠在其他的位置設(shè)置各類檢測(cè)樣點(diǎn)，從而分析在具體的脫硝工作中，各個(gè)取樣點(diǎn)對(duì)于氮氧化物以及氨氣的處理質(zhì)量，最終在該系統(tǒng)的配置過程中，在內(nèi)部布設(shè)了40 個(gè)采樣點(diǎn)[2]。

2.3 工況設(shè)置

在工況參數(shù)的設(shè)置過程中，要根據(jù)該機(jī)組的日常運(yùn)行方案對(duì)其進(jìn)行合理的配置，在本文的研究過程中，將機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷保持為210MW，而鍋爐的負(fù)荷要能夠保障具有極高的穩(wěn)定性。在實(shí)際的工作階段，可以允許具有一定的運(yùn)行范圍偏離參數(shù)，需要保證在±5%狀態(tài)，另外在工況參數(shù)的配置過程中，要按照兩種模式進(jìn)行分析。一種模式是機(jī)組滿負(fù)荷大于80%的狀態(tài)，在該過程中要控制氮氧化物的排放濃度，需要不高于50mg/m3，另一種為機(jī)組的滿負(fù)荷大于60%的情況，該過程中要能夠保證排放的氮氧化物濃度不得高于50mg/m3，這兩個(gè)參數(shù)需要作為整個(gè)系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)綜合運(yùn)行參數(shù)配置，并且根據(jù)該機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)配置，讓獲得的測(cè)試結(jié)果能夠更好的提高精度。

2.4 結(jié)果評(píng)測(cè)

在系統(tǒng)的結(jié)果測(cè)評(píng)過程中，要分析多個(gè)指標(biāo)，并且按照專業(yè)的公式核算反應(yīng)結(jié)果對(duì)于煙氣中的氮氧化物含量的處理狀況，以直接完成脫硝效率的檢測(cè)工作，計(jì)算公式為：

其中η 參數(shù)代表著脫硝的效率，IN代表反應(yīng)器進(jìn)口區(qū)域的氮氧化物濃度，ON代表反應(yīng)器出口區(qū)域的氮氧化物濃度。

其次要分析氨氣的逃逸量檢測(cè)工作，該項(xiàng)參數(shù)的具體運(yùn)算公式如下：

其中ρ 代表氨的含量，A 代表樣品的溶液吸光度，A0代表空白溶液吸光度，a 代表校準(zhǔn)曲線的截距，b 代表校準(zhǔn)曲線的斜率，Vs代表樣品吸收液的總體積參數(shù)，V0代表分析過程中最終使用的吸收液的體積，Vn代表采集的氣體樣本的標(biāo)準(zhǔn)體積，D為計(jì)算過程中所采用的稀釋因子。

最后需要分析在該系統(tǒng)運(yùn)行過程中，脫硝系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行階段取得的壓力損失參數(shù)，計(jì)算公式為：

其中Pf代表進(jìn)出口區(qū)域的截面靜壓，Pd代表進(jìn)出口區(qū)域的截面動(dòng)壓，ρ 代表進(jìn)出口工況下的煙氣密度，z 代表進(jìn)出口測(cè)量區(qū)域的斷面高度。

2.5 結(jié)果取得

在具體的分析過程中，要能夠?qū)⒎治鼋Y(jié)果分配為兩個(gè)方面，一個(gè)是在80%工況下，另一個(gè)是在60%的工況下，此外要配置保證值，概念是最終獲得的各類被檢測(cè)污染物排放參數(shù)必須要能夠保小于這一數(shù)值才能夠達(dá)到處理指標(biāo)。從取得到測(cè)試結(jié)果如下：

氮氧化物的排放濃度：在80%情況下，數(shù)值為24，60%情況下數(shù)值為16；

脫硝的效率：在80%工況下為85.4%，60%情況下為91.8%；

氨的逃逸率：在80%情況下為0.72，60%情況下為2.07；

硫氧化物的轉(zhuǎn)化率：在80%的工況下為0.2，60%的工況下為0.6；

系統(tǒng)的壓力損失：在80%的工況下為261，60%的工況下為247。

通過和保證值的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，所有被檢測(cè)的參數(shù)都符合設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)上限值，可以認(rèn)為無論是在運(yùn)行效率為80%還是60%的工況下，最終的考核結(jié)果都屬于合格狀態(tài)。

3 燃煤電廠SCR 脫硝系統(tǒng)后期優(yōu)化方案

3.1 催化劑優(yōu)化方案

在SCR 脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，必須要能夠在其中加入專業(yè)的催化劑，而催化劑的優(yōu)化方案有兩個(gè)，一個(gè)是對(duì)催化劑本身材料的配置，另一個(gè)是對(duì)催化劑分布位置的配置。實(shí)際的工作中，當(dāng)前開發(fā)出的催化劑有重金屬催化劑和非重金屬催化劑兩種，為能夠防止在系統(tǒng)運(yùn)行過程，催化劑會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面干擾，所以可以采用非重金屬催化劑，并且將催化劑制作成固定的形狀，從而在整個(gè)脫硝系統(tǒng)中正確裝配[3]。

對(duì)于后項(xiàng)工作，要根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的反應(yīng)流程和運(yùn)行方案，根據(jù)系統(tǒng)的工作原理和催化劑配置數(shù)量進(jìn)行專業(yè)科學(xué)的配置，考慮到SCR 脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，會(huì)在該系統(tǒng)中配置多個(gè)分部節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)分部節(jié)點(diǎn)都和相關(guān)的管道系統(tǒng)連接，所以在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程，可以在管道內(nèi)部的多個(gè)區(qū)域設(shè)置催化劑，從而提高系統(tǒng)的反應(yīng)效率。

3.2 反應(yīng)物優(yōu)化方案

在反應(yīng)物的優(yōu)化過程，要根據(jù)廢氣中存在的各類污染性物質(zhì)，對(duì)配置方案進(jìn)行科學(xué)合理的探討，另外在反應(yīng)物的優(yōu)化過程，也要能夠在其中加入專業(yè)的氧化劑，氧化器要能夠和產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行充分有序的融合?？刹捎玫姆椒ㄊ牵谶M(jìn)入之前以及氧化氣體加入過程中使用專業(yè)的擾流器，將兩種氣體進(jìn)行融合處理，同時(shí)在具體的工作過程，也要能夠根據(jù)加入氣體的總量，控制該參數(shù)的具體運(yùn)行方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)融合質(zhì)量的全面精準(zhǔn)考慮。另外在該系統(tǒng)的后續(xù)工作過程，也要防止經(jīng)過混合后的氣體流速過高問題，以防止建立的脫硝系統(tǒng)中無法實(shí)現(xiàn)對(duì)各類氣體的高水平處理。

3.3 反應(yīng)流程優(yōu)化方案

在反應(yīng)流程的優(yōu)化中，首先要實(shí)現(xiàn)廢氣中雜質(zhì)的清除，可以采用靜電吸附技術(shù)，防止存在過多的固體雜質(zhì)，對(duì)催化劑質(zhì)量造成干擾。其次要在氣體加入之前與反應(yīng)氣體充分融合，該過程可以使用擾流器，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的高水平處理。最后是定期或不定期更換催化劑，雖然從化學(xué)原理上來看，催化劑不論使用多長時(shí)間都不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量損失，但是在實(shí)際工作過程，催化劑的損失是一個(gè)不可避免的問題，所以要落實(shí)催化劑的監(jiān)管工作，發(fā)現(xiàn)催化劑總量不足以支持氣體處理工作時(shí)，則要加入同類型催化劑。

3.4 反應(yīng)方案優(yōu)化方案

在反應(yīng)方案優(yōu)化過程，一方面要通過對(duì)各類氧化劑類型、反應(yīng)原理和工作水平的分析，探討該氣體的加入方案，通常情況下加入的氣體要具有較高的氧化性，讓最終獲得的結(jié)果具有更高價(jià)值[4]。另一方面要分析在具體反應(yīng)過程中，相關(guān)參數(shù)的調(diào)整模式，包括混合后氣體的流量、氣體的反應(yīng)溫度和反應(yīng)壓力等，通過對(duì)所有參數(shù)的全面分析，可以讓最終取得的反應(yīng)方案具有更高的運(yùn)行水準(zhǔn)和工作性能。

4 結(jié)論

綜上所述，SCR 脫硝系統(tǒng)的使用過程中，需要將生成的廢氣和氧化劑進(jìn)行融合，之后通過對(duì)該參數(shù)的合理控制，借助催化劑提高系統(tǒng)的反應(yīng)效率。在具體的工作階段，可以發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)具有較高的工作性能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有參數(shù)的處理，而針對(duì)該工作的后續(xù)優(yōu)化，需要在其中加入新型的反應(yīng)物質(zhì)，并且建立針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的專項(xiàng)工作制度。