330MW燃煤電廠SCR 技術的應用研究

向 上，向賢兵

(重慶電力高等專科學校，重慶400053)

0 前言

目前，我國發電裝機以燃煤電廠為主，煤炭的燃燒導致大量NOx的產生。NOx是大氣主要污染物之一，是造成酸雨和光化學煙霧的主要因素，所以必須控制NOx的產生與排放。煙氣脫硝是目前發達國家普遍采用的減少NOx排放的方法，具有很高的脫除效率，應用較多的是選擇性催化還原法(SCR)［1］。

1 SCR技術參數

該機組SCR系統設計參數如表1所示。

表1 SCR 脫硝系統有關設計參數

2 SCR系統

2.1 主要工藝流程

公用系統制備的氨氣輸送至爐前，通過混合器與稀釋風機送來的空氣混合成氨氣體積分數約為5%的混合氣體，通過噴氨格柵的噴嘴噴入煙氣中。氨氣通過煙道內的渦流混合器與煙氣進行充分、均勻的混合后進入反應器，在催化劑的作用下，氨氣與煙氣中的NOx反應生成氮氣和水，從而達到除去NOx的目的。氨氣的噴入量應根據出口濃度及脫硝效率進行調節，噴氨量少會使脫硝效率過低，過大容易導致氨逃逸率上升。

脫硝系統的反應器是布置在省煤器與空氣預熱器之間，鍋爐燃燒產生的飛灰將流經反應器。為防止反應器積灰，每層反應器入口布置有吹灰器，通過吹灰器的定期吹掃來清除催化劑上的積灰。

公用系統氨氣的制備過程實際上是液氨的氣化過程，液氨存儲在液氨儲罐中，引自機組的蒸汽通過氨站蒸發器的加熱器對液氨進行加熱;液氨受熱蒸發氣化成氨氣，通過蒸發器后的調節閥可控制緩沖罐內的壓力;蒸發器內的壓力和溫度可通過調節液氨調節門和蒸汽調節門來控制。

2.2 SCR系統工作原理

SCR脫硝系統主要包括:

(1)煙氣系統;

(2)SCR反應器;

(3)催化劑的吹灰系統;

(4)液氨的存儲和卸料系統;

(5)液氨的蒸發系統;

(6)氨的空氣稀釋和噴射系統;

圖1 SCR系統組成

(7)煙氣取樣系統;

(8)工業水系統。

SCR系統的主要組成見圖1。

SCR煙氣脫硝控制系統利用固定的NH3/NOx摩爾比來提供所需要的氨氣流量，進口NOx濃度和煙氣流量乘積產生NOx流量信號，此信號乘上所需NH3/NOx摩爾比就是基本氨氣流量信號。一般NH3/NOx摩爾比設為0.75～1.03，摩爾比太低脫硝效率過低;摩爾比太高，脫硝效率增長不明顯，反而會使副反應速度增大及氨逃逸率上升。氨氣流量可依溫度和壓力修正系數進行修正。從煙氣側獲得的NOx信號具有計算所需氨氣流量的功能。控制器利用氨氣流量控制所需氨氣，使摩爾比維持固定。

脫硝系統有兩種控制方式:根據出口煙氣NOx含量控制噴氨量;根據脫硝效率控制噴氨量。這兩種控制方式都是用NOx含量作為反饋信號參與調節。

出口煙氣NOx含量控制方式是將反應后的煙氣中NOx含量引入控制環節，根據此數值的變化來改變進氨調節門的開度，從而改變噴氨量，以使排放煙氣中NOx低于環保要求的數據。

脫硝效率控制是將反應后的煙氣中NOx含量與反應前比較得出的效率引入控制環節，根據此數值的變化來改變進氨調節門的開度，從而改變噴氨量。

脫硝效率不宜太高和太低，太高會造成剩余NH3過多，反而產生另一反應，生成粘性大的銨鹽粘結在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上，影響鍋爐運行［2］。

3 影響脫硝效率的因素

3.1 反應溫度的影響

反應溫度對脫硝率有較大的影響，如圖2所示。從反應曲線圖2可以看出:在100℃ ～300℃內(低溫催化劑)和在300℃ ～400℃內(中溫催化劑)，隨著反應溫度的升高，脫硝率逐漸增加，升至400℃時，中溫催化劑脫硝率達到最大值(90%)，隨后脫硝率隨溫度的升高而下降。這主要是由于在SCR過程中溫度的影響存在2種趨勢:一方面溫度升高時脫硝反應速率增加，脫硝率升高;另一方面隨溫度升高，NH3氧化反應加劇，使脫硝率下降。因此，最佳溫度是這兩種趨勢對立統一的結果［3］。

圖2 反應溫度與脫硝效率的關系

脫硝反應一般在310℃ ～430℃范圍內進行，此時催化劑活性最大。所以，將SCR反應器布置在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間。

必須注意的是，催化劑能夠長期承受的溫度不得高于430℃，短期承受的溫度不得高于450℃，超過該限值，會導致催化劑燒結。

3.2 物質的量比n(NH3)/n(NOx)的影響

物質的量比n(NH3)/n(NOx)對脫硝效率的影響如圖3所示。

圖3 物質的量比對脫硝效率的影響

在300℃下，脫硝率隨n(NH3)/n(NOx)的增加而增加，n(NH3)/n(NOx)小于0.8時，其影響更明顯，幾乎呈線性正比關系。該結果說明:若NH3投入量偏低，脫硝率受到限制;若NH3投入量超過需要量，NH3氧化等副反應的反應速率將增大，如SO2氧化生成SO3，在低溫條件下SO3與過量的氨反應生成NH4HSO4。NH4HSO4會附著在催化劑或空預器冷段換熱元件表面上，繼而沉積造成催化劑和空預器的堵塞，使催化劑失活。另外，硫酸氫銨具有腐蝕性，會造成空氣預熱器的腐蝕。

氨的過量和逃逸取決于物質的量比n(NH3)/n(NOx)、工況條件和催化劑的活性用量(工程設計氨逃逸率不大于2.5mg/m3，SO2氧化生成SO3的轉化率小于1%)。氨的逃逸率增加，在降低脫硝率的同時，也增加了凈化煙氣中未轉化NH3的排放濃度，進而造成二次污染。

3.3 接觸時間對脫硝率的影響

300℃溫度和物質的量比n(NH3)/n(NOx)為1時接觸時間對脫硝效率的影響如圖4所示。

圖4 接觸時間對脫硝率的影響

在300℃溫度和物質的量比 n(NH3)/n(NOx)為1的條件下，脫硝率隨反應氣體與催化劑的接觸時間t的增加而迅速增加;t增至200ms左右時，脫硝率達到最大值，隨后脫硝率下降。這主要是由于反應氣體與催化劑的接觸時間增加，有利于反應氣體在催化劑微孔內的擴散、吸附、反應和產物氣的解吸、擴散，從而使脫硝率提高;但若接觸時間過長，NH3氧化反應開始發生，使脫硝率下降。

3.4 催化劑中V2O5的質量分數對脫硝率的影響

運行經驗表明，催化劑中V2O5的質量分數低于6.6%時，隨著V2O5質量分數的增加，催化效率增加，脫硝率提高;當V2O5的質量分數超過6.6%時，催化效率反而下降。這主要是由于V2O5在載體TiO2上的分布不同造成的。當V2O5的質量分數為1.4% ～4.5%時，V2O5均勻分布于TiO2載體上，且以等軸聚合的V基形式存在;當V2O5的質量分數為6.6%時，V2O5在載體TiO2上形成新的結晶區(V2O5結晶區)，從而降低了催化劑的活性。

4 結論

針對機組的實際情況，選用節距為8.2mm的蜂窩式催化劑，可以避免催化劑在運行中產生堵塞。本工程從投運至今，已經長時間穩定運行，系統脫硝效率可達80%，達到設計參數。SCR脫硝工藝被證明是目前脫硝效率最高、最為成熟的脫硝技術。

［1］ 程慧，解勇剛，朱國榮.火電廠煙氣脫硝技術發展趨勢［J］.浙江電力，2005，(3).

［2］ 郭東明.硫氮污染物防治工程技術及其應用［M］.北京:化學工業出版社，2001.

［3］ 何根然.燃煤煙氣脫硫脫硝技術標準實用手冊［M］.北京:中國科技文化出版社，2001.