烟气脱硝技术

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摘要：文章对600 MW机组烟气脱硝技术进行了阐述，可供新建电厂烟气脱硝方式的采用提供参考。

关键词：烟气脱硝；反应器；催化剂；氨逃逸

燃煤火电厂大气污染物（特别是NOX ）的排放对生态环境的影响将越来越严重。为此，必须加大污染治理力度，努力改善大气环境质量，提高污染物排放的标准。随着国内社会经济的发展、科技的进步，人民们生活水平的日益改善，社会对环境的重视达到了空前的高度。在国家能源环保政策的鼓励下，烟气脱硝装置成为继脱硫装置后电厂建设的重要组成部分。这对我国电力事业的发展包括设计、运行和维护等提出了新的要求。

一、 脱硝基本技术及概念

降低NOx排放主要有两种措施：一是控制燃烧过程中NOx的生成，即低NOx燃烧技术；二是对生成的NOx进行处理，即烟气脱硝技术。

由于炉内低氮燃烧技术的局限性，对于燃煤锅炉，虽然采用改进燃烧技术可以达到一定的脱除Nox 效果，但脱除率一般不超过60 % ， Nox 的排放仍不能达到令人满意的程度。为了进一步降低Nox 排放，必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。目前工业上应用的炉后脱硝可分为选择性非催化还原法（SNCR ） ，选择性催化还原法（SCR ）。

河北建投沙河电厂一期工程烟气脱硝采用SCR技术，在众多的脱硝技术中，选择性催化还原法（SCR）是目前脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术，目前已成为国内外电站脱硝广泛应用的主流技术。SCR 技术是还原剂（NH3、尿素）在催化剂作用下，选择性地与NOx 反应生成N2 和H2O，而不是被O2 所氧化，故称为“选择性”。 SCR 系统包括反应器系统、氨存储及供给系统、氨喷射系统及相关的调节控制系统。SCR 工艺脱硝反应在反应器内进行，反应器一般有垂直和水平气流两种布置方式，如图1 所示。在燃煤锅炉中，烟气含尘量很高，一般采用垂直气流方式。在SCR 系统设计中，最重要的运行参数是烟气温度、烟气流速、氧气浓度、NOx 浓度、SO3 浓度、催化剂劣化速度和氨逃逸率等。烟气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，而每种催化剂又具有最佳反应温度，因此烟气温度直接影响反应的进程。如本工程选择的催化剂，在烟温320～400℃之间时活性最好，低于低限温度或高于高限温度运行，催化剂就会因铵盐生成或高温烧结造成活性降低。烟气流速直接影响 NH3 与 NOx 的混合程度，合理的流速可以保证 NH3 与NOx 充分混合使反应尽可能完全，并可减轻粉灰在催化剂上的积累导致的堵塞、含尘烟气对催化剂的冲刷磨损。针对本工程，烟气通过催化剂的流速低于6m/s时较好。脱硝反应需要氧气，当氧浓度增加催化剂性能提高，直到达到渐近值。氨逃逸是影响SCR 系统运行成功与否的一个重要参数。实际生产中通常将多于理论量的氨喷入烟道，反应器后未参与反应或过量的氨称为氨逃逸。脱硝效率随着喷氨量的增加而增加，过量的氨将会导致氨逃逸量增加。电厂脱硝项目一般要求氨逃逸不大于3ppm。

二、 脱硝装置介绍

脱硝装置包括SCR 主体系统、氨存储与供应系统、控制系统、电气系统等。SCR 主体系统主要包含烟道系统、催化剂、吹灰系统、氨稀释及COPS 系统、氨喷射系统。省煤器出口烟气经SCR 入口烟道，与氨喷射格栅喷入的氨/空气混合气体均匀混合，经连接烟道进入反应器。然后通过整流装置，垂直流经催化剂。喷入的氨气在催化剂的作用下与烟气中的NOx 反应生成无害的氮气和水。最后，净化后的烟气通过反应器出口烟道进入空气预热器。

脱硝烟道系统采用高尘方案，双烟道双反应器布置模式。烟道系统的设计压力为-6.5～6.5kPa；能承受运行温度420℃不少于5 小时的考验，而不产生任何损坏。

反应器采用竖直方式布置以使烟气竖直向下流动，反应器入口设置多孔板和整流装置，使烟气均匀竖直流经催化剂。反应器入口设置导流板，以优化流场及降低烟气阻力。反应器内部各种加强筋及支架均设计成不易积灰的型式，同时考虑热膨胀的补偿措施。在反应器上的每个催化剂层均设置催化剂安装门和检修人孔门，在整流装置的上方也设有检修人孔门。每个催化剂层配置有可拆卸的催化剂测试元件，用于定期的催化剂活性测试以确定加装或更换催化剂层的时间。在反应器底部布置取样格栅，供脱硝调试时使用。单台反应器设置30个取样测点。脱硝催化剂在运行中由于发生堵塞、覆盖、烧结、磨损和中毒等原因会造成催化剂活性的逐渐的下降，会导致催化剂的出口NOx 浓度和氨逃逸上升，当出口值不能满足性能保证值时，就需要添加或更换催化剂。脱硝催化剂耐活性下降能力的强弱对于延长催化剂使用寿命、降低脱硝催化剂的运行成本具有重要意义。

为了延长催化剂的使用寿命，在运行中以下方面需要特别注意：

1）保证脱硝催化剂在规定的温度运行，不要超温，防止催化剂烧结；

2）启动时对燃烧条件进行监测，防止不完全燃烧时残碳或残油在催化剂上累积引起催化剂着火烧结；

3）在运行中，当温度低于最低喷氨温度时必须停止喷氨。如果硫酸氢铵的沉积在催化剂表面上，需要及时将烟温升至活性温度，以保证硫酸氢铵能够分解，重新恢复催化剂活性。

4）在运行中，定期进行飞灰的吹扫，防止催化剂堵塞，减少飞灰在催化剂表面的停留时间，防止催化剂活性下降；

5）对脱硝催化剂进行定期吹扫还可以防止飞灰或CaO 等在催化剂表面发生水泥性硬化造成催化剂有效活性表面积的下降；

6）在启停时，特别需要防止液体水在催化剂表面的生成，否则飞灰中的K2O和Na2O 等物质快速渗透催化剂内部引起催化剂活性的快速失活；

7）选用合适的催化剂类型对于延长催化剂使用寿命非常重要。平板式催化剂由于具有不锈钢筛网板作为支撑结构，在防止催化剂堵塞、耐磨损、防止CaO在催化剂表面的沉积覆盖、防止催化剂的碱金属中毒等方面有一定的优势。

三、防止油渍和未燃烧碳沉积对催化剂破坏的防范措施

因为电厂可能使用燃油运行，应注意以下防范措施：

电厂机组启动及停机

执行所有必要的措施来防止燃烧器的点火失败和烟尘的形成。 在这些阶段，电厂运行人员必须特别注意一氧化碳的读数及火焰燃烧情况。 在启动和停机时加强燃烧情况的监测。

正常运行

在这一运行阶段仅仅考虑到经济因素和排放标准都有必要降低未燃碳的含量。定期的运行电厂的吹扫装置，尽量减少灰尘的沉积。如果过多的灰尘沉积在死区，则必须采取另外的措施。

如果万一在脱硝装置内发现可燃物的沉积，沉积物的自燃或过热，任何情况下都不能进行通风或任何增加氧的含量的措施。 根据电厂的现有条件，脱硝装置必须有惰性保护气体（含有尽可能低的氧含量和低可燃物质含量的烟气）和在可控制的方式下能够将脱硝装置冷却至温度远低于280 ℃的措施。在反应器的温度冷却到低于280℃前，严禁对反应器通风。

禁止直接用水灭火或冷却！即使是在定期的装置检查情况下，也不允许使用强迫通风的方法立即将装置从高温状态急速冷却。开始只能使用烟气冷却，当烟气不能达到进一步冷却效果时可逐步用空气进行稀释冷却。直到该脱硝装置已达到要求的温度。 在停机阶段，要定期清除烟道内、反应器和催化剂表面上的飞灰沉积物（空气吹扫/真空吸尘）。

由此可见，选择性催化还原法（SCR）脱除效率高，虽然投资和操作费用较大，也存在微量的NH3 泄漏。但被认为是目前效果最好的烟气脱硝技术。

随着各类技术逐步提高，烟气脱硝将相继落户于各大火力发电机组中，还需要不断探索更经济更便捷的新方法。

【参考文献】

[1]沈滨. SCR烟气脱硝技术，2007年全国电力行业脱硫脱硝协作网年会论文集，2007年.

[2]吴金泉. 浅谈SCR烟气脱硝技术工艺特点，海峡科技，2011年05期.