火力發(fā)電廠脫硝存在的問題和解決方法

鄭新鳳(國能神福(龍巖)發(fā)電有限公司，福建 龍巖 364000)

0 引言

火力發(fā)電廠在中國的電力供應(yīng)系統(tǒng)中具有關(guān)鍵性作用，而在火力發(fā)電過程中所用到的材料是煤炭，將熱能轉(zhuǎn)化為電力資源。但是，此過程卻會產(chǎn)生大量的有害氣體，威脅人們的身體以及大氣環(huán)境，若不對其進(jìn)行有效的控制，則會造成無法挽回的后果，因此，在其煙氣排放過程中運(yùn)用脫硝技術(shù)具有至關(guān)重要的作用。通過對煤炭燃燒之后的煙氣進(jìn)行脫硝處理，從而提升大氣環(huán)境質(zhì)量。

1 火力發(fā)電廠的污染因子排放

對于火力發(fā)電廠而言，煤炭是電力資源供應(yīng)的基礎(chǔ)，通過大量的煤炭資源燃燒，并將熱能不斷轉(zhuǎn)化為電能，才能為人們生活持續(xù)運(yùn)用電力資源進(jìn)行有效保障。但是在煤炭的燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣含有大量有害氣體，會對人類身體以及大氣環(huán)境造成危害[1]。煤炭主要是由C、H、O、N、S等元素構(gòu)成，此類元素在實(shí)際燃燒過程中，會發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)，出現(xiàn)大量含有硝根以及硫酸根的氣體，若不對其進(jìn)行嚴(yán)格的控制，其產(chǎn)生的影響將會難以想象[2]。

此外，在煤炭燃燒過程中不僅會產(chǎn)生煙氣，還會有剩余物質(zhì)：灰燼和渣子，而灰燼和渣子中存在的硫與硝的含量能夠達(dá)到煤炭總比例的百分之三十到四十左右。

由此可知，在火力發(fā)電的過程中脫硝的作用巨大，不僅能改善整體火力發(fā)電副產(chǎn)物的污染性，還能加快可持續(xù)發(fā)展的步伐。

2 煙氣脫硝存在的問題

2.1 SNCR脫硝技術(shù)運(yùn)用中存在的問題

首先，SNCR脫硝過程主要是在不采用催化劑的情況下，在爐膛(或分離器)內(nèi)煙氣均勻噴入氨或尿素等氨基還原劑[2]，將含有NHx基的還原劑在溫度高達(dá)850～1 000℃的區(qū)域內(nèi)，使得物質(zhì)中具有的NH3能夠快速分解，并跟NOx反應(yīng)，析出N2、H2O。在反應(yīng)過程中的化學(xué)方程式如公式(1)和(2)所示：

此種脫硝方式在使用過程中的有效率為30%～80%不等，而脫硝效率低下會使得氨逃逸情況出現(xiàn)，由于氨或尿素在運(yùn)行調(diào)整過程中可能存在噴入過量，導(dǎo)致氨產(chǎn)生大量的剩余，會隨著煙氣在設(shè)備中進(jìn)行游走。氨具有腐蝕性，過多的氨在低溫下與水結(jié)合存在腐蝕，會對設(shè)備以及金屬配件產(chǎn)生腐蝕，因此，實(shí)際技術(shù)運(yùn)用過程中需要在保證提升脫硝效率的同時(shí)，防止氨逃逸[3]。經(jīng)過研究和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在SNCR技術(shù)運(yùn)用過程中存在氨逃逸情況與噴入點(diǎn)煙氣狀況、溫度、自控水平等具有直接性關(guān)聯(lián)。此外，在技術(shù)運(yùn)用過程中噴入氨的含量與煙氣工況條件無法進(jìn)行實(shí)時(shí)匹配，也會造成氨逃逸情況發(fā)生，并且氨逃逸的量還有可能增加。

其次，溫度窗口的溫度反應(yīng)低于最佳溫度反應(yīng)區(qū)間值，還原劑與NOx不會發(fā)生有效的活力性反應(yīng)，造成脫硝效率低下。而相反，高于溫度區(qū)間值則會使得尿素本身被氧化成NOx，增加NOx本身的排量，脫硝效率也會相應(yīng)地降低。

2.2 SCR脫硝過程中存在的問題

其一，在脫硝過程中溫度低，會導(dǎo)致SCR脫硝技術(shù)運(yùn)行的效率低下。現(xiàn)階段，火力發(fā)電廠中采用SCR脫硝技術(shù)會運(yùn)用催化劑，此方式在實(shí)際運(yùn)用過程中對溫度的設(shè)計(jì)為300～320℃[4]。若是低于此溫度，則會觸發(fā)連鎖保護(hù)機(jī)制，噴氨閥門會自動關(guān)閉，若不進(jìn)行此操作，則在低溫下會生成銨鹽，閉塞催化劑溫控結(jié)構(gòu)，使得催化的性能、壽命都有不同程度的下降。其二，催化劑活性降低。隨著SCR脫硝技術(shù)的運(yùn)用，時(shí)間越長其具有的活性將會不斷被降低，使得氨逃逸情況存在的可能性不斷提升[5]。其三，催化劑磨損嚴(yán)重。在催化劑運(yùn)行一段時(shí)間過后，會發(fā)生磨損的狀況主要為三種：(1)催化劑質(zhì)量本身存在問題。在催化劑的制作過程中若是參數(shù)控制不當(dāng)則會造成催化劑過早脫落，此類問題是由于催化劑在實(shí)際運(yùn)用過程中，沒有根據(jù)理化指標(biāo)檢測造成的。(2)運(yùn)行參數(shù)不合理。①在SCR脫硝技術(shù)運(yùn)用過程中，火力發(fā)電廠中存在的煙氣含量濃度，大于廠房設(shè)計(jì)煙塵濃度標(biāo)準(zhǔn)的情況；②煙氣流速過高，在經(jīng)過大氣壓校正過后流速依然高于相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。此二種情況若是在火力發(fā)電廠真實(shí)存在，則會使得催化劑通道不斷磨損。(3)在相關(guān)設(shè)備進(jìn)行安裝過程中，或是在廠房、設(shè)備設(shè)計(jì)的過程中存在不合理現(xiàn)象，會造成反應(yīng)器內(nèi)流場不均勻的情況出現(xiàn)，從而造成在SCR反應(yīng)器作用之前發(fā)生煙氣與氨氣混合不均勻，使得煙氣流速存在偏差，難以對其進(jìn)行控制。其四，氨逃逸濃度超標(biāo)，在《火電廠煙氣脫硝技術(shù)導(dǎo)則》對反應(yīng)中氨逃逸質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定，規(guī)定中表明，氨逃逸質(zhì)量濃度每立方米應(yīng)≤2.3mg。在不同的情況下，針對相應(yīng)的SO3濃度，氨逃逸質(zhì)量濃度也會相應(yīng)改變。但是由于機(jī)組脫硝的情況越來越普遍，氨逃逸濃度質(zhì)量上升的情況則越來越多，最后造成脫硝系統(tǒng)隨著運(yùn)用時(shí)間的推移，噴氨格柵噴嘴會隨著NO3濃度的變化發(fā)生堵塞，從而降低催化劑的活性，致使氨氣無法完全發(fā)生反應(yīng)，氨逃逸的濃度不斷增加。

3 改進(jìn)脫硝措施所需要采取的措施

3.1 SNCR脫硝技術(shù)中對氨逃逸進(jìn)行控制

在針對氨逃逸問題中，一般會采用三種方式對其進(jìn)行有效控制：噴入點(diǎn)的精確選取、鍋爐不同負(fù)荷時(shí)的氧量控制以及精細(xì)化自動控制[6]。首先，在噴入點(diǎn)精確選取方面，在煙氣脫硝技術(shù)的理論上需要在反應(yīng)溫度窗達(dá)到850～1 100℃噴氨，無論在高于此溫度或是低于此溫度階段都會造成脫硝效率下降，氨逃逸情況惡化。其次是在鍋爐不同負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，調(diào)整鍋爐氧量，減少NOX的生成量，減少氨或尿素溶液的噴入量。為對其進(jìn)行精準(zhǔn)控制，使得噴入氨的時(shí)間點(diǎn)和溫度節(jié)點(diǎn)精確，可以采用CFD對溫度影響脫硝效率情況進(jìn)行模擬，從而提升實(shí)際技術(shù)運(yùn)用效果。根據(jù)對相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研究與分析，SNCR技術(shù)運(yùn)用的最佳反應(yīng)溫度窗為950～1 000℃之間[7]。出于對脫硝及采用尿素溶液的考慮，在進(jìn)行尿素溶液的噴入時(shí)，需要對NH3進(jìn)行熱量分解，并將煙氣溫度進(jìn)行有效提升。此外，在此方法運(yùn)用過程中應(yīng)結(jié)合相應(yīng)的工況，若是生產(chǎn)結(jié)構(gòu)存在較大差異或是發(fā)生不同變化時(shí)，需要重新選擇脫硝尿素溶液的噴入點(diǎn)?；诖耍趯?shí)際運(yùn)行過程中裝設(shè)溫度監(jiān)控，通過多個(gè)溫度監(jiān)控裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果分析最佳噴入時(shí)間和節(jié)點(diǎn)，從而提升技術(shù)運(yùn)用效果，減少氨逃逸的現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 SCR脫硝過程中存在問題的解決措施

首先，針對煙溫低時(shí)脫硝投運(yùn)率低的狀況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加強(qiáng)鍋爐的調(diào)度與聯(lián)系，提升機(jī)組負(fù)荷，若是負(fù)荷也低，則需對鍋爐的運(yùn)行情況進(jìn)行有效調(diào)整，以此提升脫硝入口的煙氣溫度。在脫硝系統(tǒng)進(jìn)行改造或是催化劑進(jìn)行更換時(shí)盡量選用活性溫度區(qū)間大的脫硝催化劑，在提升催化劑運(yùn)用性能的同時(shí)延長低負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間[8]。其次，在催化劑活性低方面，需要在鍋爐啟動過程中嚴(yán)格遵守催化劑的說明要求與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)用，并對升溫速率進(jìn)行有效調(diào)整。最后，在解決催化劑磨損嚴(yán)重問題時(shí)，需要利用機(jī)組的維修對脫硝反應(yīng)器進(jìn)行檢查，對其磨損原因進(jìn)行研究。第一，需要對設(shè)備自身磨損嚴(yán)重的部位進(jìn)行原因分析，檢查機(jī)械的性能與實(shí)際需要是否符合；第二，對脫硝入口煙氣參數(shù)進(jìn)行研究，提升脫硝設(shè)備和催化劑的性能，提升其催化劑的活性效果；第三，對反應(yīng)器的冷態(tài)動力場進(jìn)行試驗(yàn)，并以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，對各環(huán)節(jié)的設(shè)備裝置等進(jìn)行優(yōu)化。

4 結(jié)語

總而言之，中國火力發(fā)電廠的脫硝技術(shù)運(yùn)用得比較晚，還存在一定問題需要相關(guān)研究人員在技術(shù)的研究過程中解決，以此保證火力發(fā)電廠中脫硝工作的開展效果得以有效提升?，F(xiàn)階段，國家對脫硝技術(shù)研究力度已經(jīng)不斷增強(qiáng)，并在研究與發(fā)展過程中，開發(fā)出了多種脫硝的工藝技術(shù)，脫硝工作的開展更是具有了評價(jià)系統(tǒng)以及處理系統(tǒng)，逐漸從單一的研究方式向著多元化研究方向發(fā)展。在發(fā)展過程中相關(guān)的研究人員可以借鑒國外成熟的研究系統(tǒng)，對二次污染的規(guī)避展開研究，將可持續(xù)發(fā)展政策貫徹在技術(shù)研究與運(yùn)用中，在提升脫硝技術(shù)的同時(shí)推動中國低碳環(huán)保事業(yè)進(jìn)步。