摘要：随着经济的快速发展，燃煤造成的环境污染日趋严重，特别是燃煤烟气中的NOx，对大气的污染已成为一个不容忽视的重要问题。烟气脱硝技术按照作用原理的不同有催化还原、吸收和吸附三种，而催化还原法具有脱硝效率高，工艺流程简单，脱硝性能稳定，液氨消耗量少等优点。本文主要介绍大唐国际宁德电厂1号机组的选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺以及存在的问题和处理策略
关键词：脱硝；SCR；处理策略
1、概况
大唐国际宁德电厂1号机组采用选择性催化还原法（SCR）脱硝工艺。采用单炉体双SCR结构体布置，采用高灰型SCR布置方式，即SCR反应器布置在锅炉省煤器出口和空气预热器之间，在炉后消防通道的上方，还原剂采用液氨。从氨区输送至反应器的氨气经与稀释风机鼓入的稀释空气在氨/空气混合器中混合后，送达氨喷射系统。在SCR入口烟道处，喷射出的氨气和来自锅炉省煤器出口的烟气混合后进入SCR反应器，通过催化剂进行脱硝反应，最终通过出口烟道回至锅炉空预器，达到脱硝的目的。SCR脱硝工艺系统可分为氨/空气混合系统、氨喷射系统、烟气系统、SCR反应器系统等。脱硝装置的NOx脱除率不小于80%，氨的逃逸率不大于2.5mg/Nm3，SO2/SO3转化率小于1%，出口浓度小于100mg/Nm3。
1.1氨区制备和供应系统
本公司采用液氨来制备脱硝剂，液氨贮存、制备、供应系统包括液氨卸料压缩机、氨贮罐、液氨蒸发器、氨气缓冲罐、稀释风机、混合器、氨气稀释罐、废水泵、废水池等。此套系统提供氨气为脱硝反应使用。液氨的供应由液氨槽车运送，利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入氨贮罐内，依靠液氨重力将贮罐中的液氨输送到液氨蒸发器内蒸发为氨气，由氨气缓冲罐来控制一定的压力和流量，然后与稀释空气在混合器中混合均匀，再送至脱硝系统。氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽中，用水吸收后排入废水池，再经废水泵送至废水处理系统处理。
1.2脱硝原理及影响脱硝指标的因素指标
选择性催化还原法是在金属催化剂作用下，用NH3作为还原剂，将NOx还原成N2和H2O。工作原理如下图所示，主要反应方程式为：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O
脱硝效率有时也称NOx脱除率，其计算方法如下：
式中：
C1：脱硝系统运行时脱硝反应器入口处烟气中NOx含量（mg/Nm3）；
C2：脱硝系统运行时空预器入口处烟气中NOx含量（mg/Nm3）。
在SCR系统中，最重要的运行参数是反应的温度、反应时间、NH3／NOx摩尔比、烟气流速、O2浓度、NH3的溢出浓度SO3浓度、水（蒸汽）浓度、钝化影响等。
1）反应温度是选择催化剂的重要运行参数，催化反应只能在一定的温度范围内进行，同时存在催化的最佳温度，这是每种催化剂特有的性质，因此反应温度直接影响反应的进程。在SCR工作过程中温度的影响有两方面：一方面是温度升高使脱NOx反应速度加快，NOx脱除率升高；另一方面温度升高，NH3化反应开始发生，使NOx脱除率下降。
2）反应时间是烟气与催化剂的接触时间，随着反应时间的增加，NH3脱除率迅速增加。当接触时间增至200ms时，NOx脱除率达到最大值，随后下降。这主要是烟气与催化剂的接触时间增大，有利于烟气在催化剂微孔内的扩散、吸附、反应和生成物的解吸、扩散，从而使NOx脱除率提高。但是，随着接触时间过长，NH3氧化反应开始发生，使NOx脱除率下降。
3）NOx脱除率随着NH3／NOx摩尔比的增加而增加，NH3／NOx摩尔比小于1时，其影响更加明显。若NH3投入量偏低，NOx脱除率不高；若NH3入量偏高，NH3氧化等副反应的反应速度将增大，从而降低了NOx脱除率，同时也增加了净化后烟气中NH3的排放浓度，造成二次污染。一般控制NH3／NOx摩尔比小于1.2。另外，烟气流速直接影响NH3与NOx的混合程度，需要合理的流速以保证NH3与NOx充分混合，使反应充分进行；同时，反应需要O2的参与，随着O2浓度增加，催化剂性能提高。但O2浓度不能过高，一般控制在2%~3%；NH3的溢出浓度是影响SCR系统运行的另一个重要参数，实际生产中通常是多于理论量的NH3被喷射进入系统，反应后在烟气下游多余的NH3称为NH3的溢出，NOx脱除效率随着NH3的溢出量的增加而增加，在某一个NH3的溢出量时达到一个最大值；另外H2O（蒸汽）浓度的增加使催化剂性能下降，催化剂钝化失效也不利于SCR系统的正常运行，必须加以有效控制
1.3 SCR启停步骤
启动步骤：在氨制备系统启动的条件下：（1）启动锅炉；（2）启动催化剂加热风源；（3）预热催化剂；（4）启动吹灰器密封系统，稀释风机，空气保护系统；（5）检查锅炉烟气温升；（6）当反应器下游烟温超过150℃，启动吹灰系统；（7）当SCR出口温度大于310℃，氨气喷入；（8）启动SCR整个系统。SCR停运步骤：（1）锅炉燃烧器关闭；（2）启动SCR吹灰器；（3）吹灰结束后，使脱硝设备功能组处于停止；（4）锅炉和催化剂冷却；（5）稀释风机停运；
1.4全程投运
由于锅炉运行参数发生变化，如省煤器出口烟气流量波动及烟温的波动等会对SCR装置的运行造成影响，负荷波动引起SCR的烟气量的变化，反应器的设计是按照正常运行最大工况BMCR设计的，当烟气量降低的时候，通过反应器的烟气流速降低，烟气与催化剂的接触时间变长，可以提高催化剂的脱硝率，对于流速降低易导致积灰的问题，在吹灰器选型时已充分考虑，满足各工况的要求，并有一定的设计裕量，能保证脱硝系统的正常运行。但是负荷波动会导致SCR入口烟气温度的变化，SCR选择的催化剂可以适应烟气温度的变化，以及锅炉正常的负荷变化，脱硝催化剂可以承受每分钟大于100℃的温度变化率，催化剂的正常工作运行温度范围为310℃~400℃，机组在50%BMCR负荷以下运行时，因脱硝入口烟气温度小于300℃，会造成脱硝喷氨系统退出运行，SCR停运，造成氮氧化物排放超标。因此为保证脱硝系统不退出运行，1号机组脱硝系统增加省煤器旁路，通过调节旁路调节挡板开度控制旁路烟道内高温烟气流量，进而控制SCR脱硝装置入口混合烟气温度，使得混合烟气温度（SCR入口烟温）保持在326℃附近的合理区间，保证脱硝系统全程投运。SCR反应器旁路设在省煤器出口，同时用于锅炉启停时保护SCR装置内催化剂，使烟气不经过SCR直接进入空预器。
2、存在问题
1号机组脱硝自动控制系统调节品质无法满足环保部门和电力调度对NOx的考核要求，甚至脱硝自动无法投入，造成运行人员较大操作压力和操作强度，无法满足脱硝系统稳定经济运行，同时也会加剧空预器堵塞造成机组系统阻力加大等危害。脱硝供氨自动控制逻辑采用目前常见的串级PID自动控制，在磨煤机启停、脱硝入口NOx仪表反吹后，有时脱硝入口NOx数值上升速率较快，正常情况下设定的PID参数无法适应特殊工况导致调节效果不佳，常发生NOx出口参数瞬时超标。需要运行人员注意磨煤机启停或其他操作时，脱硝入口NOx仪表是否在吹扫状态，经常解手动提前开大调节门、调整燃烧风门开度以防止参数超标，工作量及操作难度都比较大；再投入自动后操作不当，也容易对自动控制系统造成扰动。脱硝供氨调门结构为球阀结构，线性差。阀门在某个开度时，小幅度开关阀门供氨流量波动大。
3、处理策略
1）主要优化措施：对高低负荷、启停磨煤机、负荷变动、风煤配比、喷氨调阀线性、喷氨特性等进行在线试验，并将收集数据分析计算从而优化喷氨控制逻辑，优化启停磨措施，增加启停磨前馈，尽量
降低启停磨带来的扰动；针对不同负荷设置变参数调节；针对脱硝测点吹扫时设置变积分环节；增加风煤比前馈调节。提高脱硝自动品质可以大幅减少NOx考核次数，减少考核费用，避免频繁调整和过调量，减少喷氨量，直接形成经济效益。降低氨逃逸率，减少空预器堵塞，降低风机电耗和空预器清灰维护费用。
2）供氨调整门阀体改造，球阀改造成针形阀解决阀门线性差的问题。
参考文献
[1]王方群；杜云贵.国内燃煤电厂烟气脱硝发展现状及建议.[期刊论文]-电力环境保护，2007.
[2]沈洵.SCR脱硝还原剂的制备技术研究.[期刊论文]-能源与环境，2011.
论文作者:谷绪栋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/8
标签：烟气论文; 催化剂论文; 系统论文; 氨气论文; 反应器论文; 温度论文; 浓度论文; 《电力设备》2017年第30期论文;