選擇性催化還原（SCR）脫硝系統技術參數優化方法的初探

邊疆、周義剛、劉衛平、薛澤海、孫國通

(1天津市電力科學研究院 2天津市電力科技發展公司 300022)

引言：

燃煤電廠在生產過程中產生大量的粉塵、SOX、NOX和有害金屬元素等。隨著國家工業水平的提高和國家對減少大氣污染的日益重視，采用脫硝技術減少鍋爐排煙中的氮氧化物含量已成今后大型火電機組繼脫硫后的又一個重點環保環節。

目前，我國對于燃燒產生的NOX控制方法主要有燃燒前控制、燃燒中控制和燃燒后控制三類。燃燒前控制因成本很高，工程應用較少；而燃燒中控制技術，脫硝效率不高，無法有效的控制NOX排放。所以現國內新建的燃煤鍋爐基本采用燃燒中控制配合燃燒后控制的雙重手段，即低NOX燃燒技術配合煙道尾部高溫高塵條件下加裝選擇性催化還原（SCR）脫硝裝置。由于采用上述脫硝技術的NOX脫除率高、運行簡單，因此選擇性催化還原（SCR）脫硝技術將成為我國控制NOX排放的最有效的控制手段。

本文主要對天津某電廠2×350MW供熱機組的SCR脫硝系統投入運行后的技術參數的優化和調整方法進行討論。

1.選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置工作原理

選擇性催化還原法（以下簡稱SCR）脫硝裝置指將NH3等還原劑噴入煙氣中,利用催化劑將煙氣中的NOX轉化為N2和H2O。在氨選擇催化反應過程中，還原劑可以選擇性地與NOX發生反應，而不是被O2氧化，因此反應被稱為“選擇性”。主要反應式如下:

鍋爐煙氣中的大部分NOX均以NO的形式存在，NO2約占5%，影響并不顯著。所以，以反應(1)、(2)為主。反應原理如圖1所示。

圖1 SCR反應原理示意

2.SCR脫硝系統投運中存在的問題

對于SCR脫銷技術，在應用中還存在不少的問題，如果脫硝反應不完全，很有可能致使還原劑氨發生不必要的逃逸現象。在反應條件改變時，會發生如下的氧化反應：

上述反應的發生弱化了脫硝效果影響脫硝效率，應盡量避免發生。同時SCR催化劑在催化脫硝反應的同時也會將煙氣中的SO2氧化為SO3，SO3又能與逃逸的氨繼續發生如下副反應：

其中NH4HSO4是一種粘附性很強并具有較強腐蝕性的物質，具有極強的吸附性，造成大量灰分沉降在空預器換熱元件表面和卡在層間引起堵塞，使空預器阻力上升。對鍋爐運行產生不必要的影響增加引風機能耗，

鍋爐煙道中的煙氣流速并不均勻，導致SCR脫硝系統內各區域還原劑NH3的需求量也不相同，如果在煙道內還原劑投入量不合理也會造成脫硝總體效率不高，氨逃逸率過高的情況。

3 SCR脫硝系統的主要技術參數的優化方法

3.1 合理提高SCR脫硝系統投運時的煙氣溫度

SCR脫硝系統應選擇在反應區煙氣溫度較高的情況下進行投運，投運時溫度應控制在350℃以上。SCR脫硝系統投運初期就采用較高的煙氣溫度可以提高NOX與NH3反應活性，使NH3反應更完全從而減少NH3的逃逸率。

3.2 控制氨氣投入量，保證出口NOX濃度不會過低

合理控制SCR脫硝出口（空預器入口）處的NOX含量，保證出口的NOX濃度量不低于50mg/Nm3(標態、干基、6%O2)。脫硝系統出口的NOX濃度過低，會導致氨氣的逃逸率相應的升高。逃逸的氨氣會與煙氣中的SO3反應，生成硫酸氫氨對鍋爐設備的安全運行造成不必要的影響。

3.3 控制SCR脫硝系統中的氨氣與空氣比例

合理控制SCR脫硝系統的氨氣和空氣的混合比例，在保證氨氣占混合氣體積不超過報警濃度的前提下，可以適當的將混合氣中氨氣的比例控制在8%～10%范圍內。通過提高氨氣比例可以保證，即使燃燒高于設計含氮量的煤種時，也有足夠的還原劑進行脫硝反應，保證脫硝效率。

3.4 合理調配SCR脫硝系統各噴嘴的噴氨量

因鍋爐實際的煙氣系統中NOX含量并不平均，需要根據煙氣流速和NOX分布情況調整各噴嘴的還原劑流量，保證了氨氣在脫硝反應區內合理分配。通過上述方法可以確保還原劑NH3與NOX完全反應，有效的提高了脫銷效率的同時降低氨的逃逸率。

4 SCR脫硝系統技術參數的優化實例

在某供熱機組運行期間，在燃燒煤種、鍋爐負荷不變的工況下對一側SCR脫硝系統反應區技術參數進行了優化調整，并對優化前后脫硝效果進行了對比。

4.1 設計參數

具體鍋爐、燃煤及脫硝系統設計參數見表1，SCR脫硝系統圖見圖2。

表1 某電廠鍋爐及SCR脫硝系統設計參數（設計煤種）

4.2 優化調整前SCR脫硝系統情況

優化調整前供氨量：48kg/h，混合氣體總流量：1160 m3/h。混合后對各噴氨支管路氣體流量進行測量，結果見圖3。

使用紅外煙氣分析儀對SCR脫硝系統出口同一截面的的NOX濃度進行網格法測量，并將NOX濃度修正到6.0%O2標準狀態結果見表2，NOX分布棒狀圖見圖4。

圖3 各支噴氨管路調整前混合氣體流量（單位m3/h）

圖4 優化調整前脫硝系統出口NOX濃度分布棒狀圖

圖4 噴氨管調整后混合氣體流量數據

優化調整前SCR脫硝系統技術參數較差，投入還原劑各支管路的流量并沒有與實際的NOX濃度相對應，造成脫硝出口的NOX濃度偏高并且分布不均，出口各測點的NOX濃度的標準偏差大。

4.3 優化調整后SCR脫硝系統情況

根據優化調整前的實際數據進行了優化調整，調整后SCR脫硝系統運行參數如下：供氨量：57kg/h，混合氣體流量：1242m3/h。調整后還原劑各支管路流量測量結果見圖4。

通過對SCR脫硝系統的優化調整效果明顯，優化后的SCR脫硝系統出口NOX濃度分布情況見表3，棒狀分布圖見圖5。

表2 投入SCR脫硝系統后出口各取樣管NOX含量

4.4 總結

通過對SCR脫硝系統參數優化前、后的工況對比，可見脫硝系統的優化效果明顯。調整后脫硝出口NOX的平均濃度比調整前下降了40mg/Nm3（6%O2工況）以上，NOX濃度分布較調整前更加的均勻，標準偏差較調整前降低了10以上。說明對SCR脫硝系統的方法合理，能夠達到降低出口NOX濃度，提高脫硝效率，減少氨的逃逸率的效果。

表3 SCR脫硝系統出口調整后的各取樣管NOX含量

圖5 優化調整后脫硝系統出口NOX濃度分布棒狀圖

4 結束語

1.優化調整時應根據脫硝出口NOX濃度分布情況進行，對出口NOX含量低于平均值的區域應減少對應噴氨口的混合氣體流量，反之偏高的區域增加流量。

2.增、減混合氣體流量時應變化不應太大，最多以1～0.5m3/h的流量步幅增減，如果流量變化過大，會對整體NOX濃度場的分布產生影響，不利于脫硝系統的優化調整。

3.優化時對還原劑NH3的供應量的調整應緩慢進行，因脫硝系統的調整反應具有一定的延時性，所以每次調整間隔不應小于20分鐘。

4.在調整期間應保持鍋爐運行參數的穩定，調整期間的鍋爐燃燒用煤也不能發生較大變化。如果工況或煤質發生變化應停止調整，待工況及煤質恢復到變化前的狀態后再進行調整，防止因外界因素的變化干擾脫硝的優化調整。

5.投入SCR脫硝系統時，應保證脫硝系統煙氣溫度在350℃以上，保證催化劑在最佳的工作溫度運行。

6.根據實際測量的NOX濃度場的分布狀況，對噴氨各分支管路的流量進行優化調整能降低NOX的排放含量，提高氨氣的有效利用程度，減少氨氣的浪費，避免造成未反應的氨氣再對大氣造成二次污染。

[1]段傳和，夏懷祥，燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術,中國電力出版社.2009

[2]廖永進，火電廠SCR系統的調試、運行優化及性能試驗介紹，中電建調試專委會火電廠脫硝技術研討會會議資料.2009

[3]脫硝系統設備說明書