韋健宏

（廣州托譜瑞電力科技股份有限公司 廣東廣州 510000）

火電廠煙氣脫硝SCR法應(yīng)用研究

韋健宏

（廣州托譜瑞電力科技股份有限公司 廣東廣州 510000）

本文簡(jiǎn)要論述了SCR法工藝原理，從技術(shù)和運(yùn)行費(fèi)用角度比較了尿素和純氨兩種常見(jiàn)的催化劑的適用范圍，并就SCR煙氣脫硝工程中常見(jiàn)問(wèn)題，提出了具體的解決對(duì)策，以供國(guó)內(nèi)電力部門(mén)在脫硝工程技術(shù)選擇時(shí)參考。

SCR法；煙氣脫硝；火電廠；脫硝系統(tǒng)優(yōu)化

隨著新環(huán)保法的實(shí)施，節(jié)能減排和環(huán)保要求日益嚴(yán)格，國(guó)家對(duì)于NOX的排放也越來(lái)越嚴(yán)，依據(jù)《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011），自2014年7月1日起，所有現(xiàn)有的火力發(fā)電燃煤鍋爐氮氧化物的排放濃度應(yīng)低于200 mg/m3，在重點(diǎn)地區(qū)及2012年1月1日起新建火力發(fā)電燃煤鍋爐氮氧化物應(yīng)低于100 mg/m3。SCR技術(shù)具有良好的脫硝效率，而且經(jīng)過(guò)多年來(lái)的應(yīng)用與發(fā)展，技術(shù)基本成熟，運(yùn)行也較為穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)。

1 SCR工藝原理

選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，簡(jiǎn)稱SCR），是指在催化劑的作用下，利用NH3、液氨、尿素等還原劑來(lái)有目的的選擇與適當(dāng)溫度（約280～420℃）煙氣中的NOX發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成無(wú)毒無(wú)污染的N2和H2O。SCR工藝最早是在上世紀(jì)50年代末由美國(guó)Engelhard公司發(fā)現(xiàn)并逐漸運(yùn)用到火力發(fā)電領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著SCR工藝在對(duì)鍋爐煙氣中的NOX控制效果的十分顯著，已經(jīng)逐漸成為世界上應(yīng)用最廣，也極富成效的一種煙氣脫硝技術(shù)。

2 SCR脫硝還原劑選擇

制備氨的脫硝還原劑有尿素、純氨和氨水三種。由于氨水的建造及后期的運(yùn)營(yíng)成本較高，在實(shí)際運(yùn)用中也存在一些安全隱患，因此，近年來(lái)氨水作為脫硝還原劑逐漸被淘汰。就尿素水解法、尿素?zé)峤夥ê鸵喊睆募夹g(shù)安全以及運(yùn)行費(fèi)用作一比較，以便供實(shí)際運(yùn)用時(shí)作出合理選擇。

表1 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行比較[1]

從表1可以看出，采用SCR工藝脫硝中，選擇還原劑時(shí)，純氨法和尿素法是比較成熟穩(wěn)定的工藝技術(shù)，但二者也有一定差異，例如，純氨法技術(shù)較為簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本和建設(shè)成本都較低，若條件允許則可以選擇純氨作為脫硝劑，如果運(yùn)輸、儲(chǔ)存等條件限制時(shí)則可以選擇使用尿素法。

3 SCR煙氣脫硝工程常見(jiàn)問(wèn)題及對(duì)策

從目前SCR法煙氣脫硝的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，主要存在的問(wèn)題有：氨鹽和飛灰的長(zhǎng)期沉積所導(dǎo)致的催化劑堵塞問(wèn)題，如果長(zhǎng)期得不到解決嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響鍋爐機(jī)組的正常運(yùn)行；SCR反應(yīng)室設(shè)計(jì)不合理或者催化劑的局部堵塞會(huì)導(dǎo)致催化劑磨損；煙氣中的As、Ca等堿性金屬引起的催化劑中毒會(huì)在一定程度上降低催化劑的活性，影響脫硝效果；此外，當(dāng)SCR反應(yīng)器中的NH3逃逸較多時(shí)，會(huì)與煙氣中的SO3反應(yīng)生成NH4HSO4和（NH4）2SO4等硫酸鹽，這些硫酸鹽長(zhǎng)期累積會(huì)具有一定的腐蝕性與粘結(jié)性，導(dǎo)致空預(yù)器換熱面堵塞和腐蝕，并影響脫硝效果。

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，可以從SCR法系統(tǒng)設(shè)計(jì)、合理選擇催化劑和吹灰器、做好空預(yù)器和催化劑的床層設(shè)計(jì)。具體來(lái)說(shuō)，就是要保證SCR反應(yīng)器中流場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布均勻，是催化劑實(shí)現(xiàn)最佳性能的關(guān)鍵[2]。催化劑的床層設(shè)計(jì)則選擇2+1層布置方式進(jìn)行，即初始安裝2層，如果脫硝的效率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)再加裝備用層；在SCR法中，空預(yù)器設(shè)計(jì)或者改造時(shí)把中溫段和低溫段進(jìn)行合并，根據(jù)煙氣中的SO3濃度和NH3的逃逸量確定空預(yù)器低溫?fù)Q熱段（高溫和低溫）材料的選取。根據(jù)發(fā)電廠工程的具體情況來(lái)選擇是否加裝旁通煙道，若鍋爐長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，而現(xiàn)實(shí)中又需要較高的脫硝效率時(shí)，應(yīng)該在設(shè)計(jì)時(shí)加裝省煤器旁通煙道，而對(duì)于鍋爐啟、停比較頻繁的機(jī)組，為了保護(hù)催化劑，可以設(shè)置SCR反應(yīng)室旁道煙道，對(duì)于經(jīng)常用于低負(fù)荷且對(duì)于脫硝要求不是很高的機(jī)組也建議加裝SCR反應(yīng)室旁道[3]。

催化劑是SCR脫硝系統(tǒng)的核心部分，決定著SCR系統(tǒng)的脫硝效率，建立SCR脫硝催化劑全生命周期管理顯得十分有必要。催化劑全生命周期管理主要包括：SCR催化劑選型、催化劑安裝前進(jìn)行性能檢測(cè)、運(yùn)行過(guò)程中定期檢測(cè)以掌握當(dāng)前催化劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)、對(duì)催化劑的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)、優(yōu)化催化劑更換周期、合理處理廢棄的催化劑。

火力發(fā)電廠SCR脫硝反應(yīng)器出口NOX濃度及氨逃逸的在線監(jiān)測(cè)（CEMS）測(cè)點(diǎn)一般為1～2點(diǎn)，而在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于入口NOX濃度不均勻及各噴氨支管噴氨量的不同，往往造成脫硝出口截面NOX濃度分布具有較大差異，因此對(duì)鍋爐SCR煙氣脫硝裝置進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)顯得十分有必要。優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)可采用網(wǎng)格法測(cè)試SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器出口截面的NOx及O2分布情況，根據(jù)出口截面NOX濃度的分布情況調(diào)節(jié)煙氣上游對(duì)應(yīng)噴氨支管的噴氨量調(diào)節(jié)閥門(mén)，最終將SCR脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器出口測(cè)量截面的NOx調(diào)的基本均勻（一般其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于20%），并實(shí)現(xiàn)噴氨的均勻分布，保證脫硝系統(tǒng)的高效、安全運(yùn)行。如汕頭某電廠1號(hào)鍋爐在脫硝優(yōu)化調(diào)整前，SCR反應(yīng)器出口A、B側(cè)NOX濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別高達(dá)65.0%和29.3%，噴氨格柵調(diào)整后，A、B側(cè)出口NOX濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為11.5%和10.4%。同時(shí)，氨逃逸率測(cè)量測(cè)試結(jié)果顯示A、B側(cè)氨逃逸濃度分別為1.87 μL/L和2.70μL/L，均不超過(guò)3μL/L的設(shè)計(jì)要求[4]。經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)整，使脫硝系統(tǒng)噴氨更均勻，提高脫硝效率的同時(shí)也有利于節(jié)約噴氨量及控制NH3逃逸，從而更加達(dá)到“節(jié)能減排、綠色環(huán)?！钡哪康?。

4 結(jié)語(yǔ)

在眾多的脫硝技術(shù)中，催化還原法（SCR）是被實(shí)踐證明了的脫硝效率高、也是成熟的一種脫硝技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中結(jié)合火電廠自身的實(shí)際情況，在催化劑的選擇、SCR法的設(shè)計(jì)以及空預(yù)器的布設(shè)和旁通煙道的選擇等做好論證，合理選用，以實(shí)現(xiàn)最佳脫硝效果。在催化劑初裝及機(jī)組大、小修期間，建議對(duì)SCR脫硝催化劑的活性進(jìn)行檢測(cè)以掌握催化劑的各項(xiàng)性能指標(biāo)、催化劑的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，優(yōu)化催化劑更換周期并合理處理廢棄的催化劑。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)對(duì)鍋爐SCR脫硝裝置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，使脫硝系統(tǒng)噴氨更均勻，提高脫硝效率的同時(shí)也有利于節(jié)約噴氨量及控制NH3逃逸，從而達(dá)到“節(jié)能減排、綠色環(huán)保”的目的。

[1]解永剛,程慧.火電廠SCR脫硝還原劑的選擇與比較[J]電力科技與環(huán)保,2010,26（5）：32-33.

[2]胡永鋒,白永鋒.SCR法煙氣脫硝技術(shù)在火電廠的應(yīng)用[J]節(jié)能技術(shù),2007,25（3）：152-156.

[3]廖欲元.闡述SCR法煙氣脫硝技術(shù)在火電廠的應(yīng)用[J]廣東科技, 2009（3）：129-131.

[4]韋健宏,馮加星.汕頭某電廠1號(hào)鍋爐脫硝系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)報(bào)告[R]廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院.2014.

韋健宏（1985—），男，漢，廣東茂名人，本科，助理工程師，主要從事火力發(fā)電廠除塵器性能提效、脫硫、脫硝運(yùn)行優(yōu)化等方面研究。