660MW機組脫硝控制系統(tǒng)優(yōu)化的探討

錢琨

摘 要：作為世界上發(fā)展最為迅速的國家之一，我國在能源消耗方面也排在世界前列。特別是煤炭的生產和消費方面，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為了最為主要的一次能源。文章針對660MW型號機組，闡述目前火力發(fā)電廠主要脫硝技術的基礎上，將這些技術進行了對比，主要對SCR脫硝裝置進行了分析，展望了機組脫硝控制系統(tǒng)優(yōu)化的前景。

關鍵詞：660MW機組；脫硝控制系統(tǒng)；研究分析

我國目前已經(jīng)成為了煤炭主要的生產和消費國，而用于發(fā)電的煤炭量大概占到總消耗量的一半以上。氮氧化物的排放已經(jīng)成為了環(huán)境最大的威脅。氮氧化物是對大氣層中臭氧層的重大威脅，同時也是酸雨形成的主要原因之一。鑒于我國的發(fā)展形勢，煤炭量的消耗將會持續(xù)居高不下，如果氮氧化物得不到有效的控制，生態(tài)環(huán)境將會不堪重負。不僅如此，部分氮氧化物還會和CH在強光作用下發(fā)生部分化學反應，形成有毒煙霧，對人體眼部、鼻、心肺等功能造成危害，更甚者或者會致癌。因此如果不能有效的對氮氧化物形成控制，將會對我們的生態(tài)環(huán)境帶來嚴重的影響，也會給我們人類的健康帶來嚴重的侵害。由此可見火電站機組的脫硝控制系統(tǒng)研究勢在必行。

1 660MW機組脫硝技術應用和比較

相比于國外起步較早的脫硝技術，我國在這方面還處于起步階段，當前世界高千瓦等級的機組脫硝控制系統(tǒng)技術，若想有效提升脫硝效率，主要采取的方式主要有底氮燃燒、SCR脫硝技術、SNCR脫硝技術等。底氮燃燒技術主要對燃燒過程中生成的氮氧化物進行控制，這種技術相對比較傳統(tǒng)，效果也有效，正在逐漸退出歷史舞臺。經(jīng)過幾年的發(fā)展與研究，目前運用比較廣泛、體系比較成熟的煙氣脫硝技術主要集中在SCR和SNCR兩種工藝上。從原理上講，SCR和SNCR這兩種在化學反應上幾乎沒有據(jù)別，都是通過在煙氣中噴入還原劑、尿素或者氮，在合適的溫度情況下，與煙氣中的氮化物發(fā)生還原反應，最后將氮化物轉化成氮氣和水蒸氣。不同的條件就在于溫度，通常情況下，SNCR是在八百到一千二百度的高溫情況下有選擇的進行還原反應，而SCR不同，是在三百到四百度的區(qū)域范圍內，低溫加上催化劑作用，完成選擇性還原反應。基本的反應公式為：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O。和不采用催化劑進行反應的SNCR工藝相比較，SCR在催化劑的幫助下具有兩個方面的優(yōu)勢，一方面是對脫硝率的影響，有了催化劑的幫助可以將其提升到最高。另一方面就是對選擇性還原反應的環(huán)境進行了改良，使得其在溫度較低的區(qū)域也能完成反應。但有利必有弊，這兩方面的巨大優(yōu)勢也使得在成本投入和運行費用方面，SCR也全面的超越了SNCR。經(jīng)過探索和研究發(fā)現(xiàn)，如果想達到全面應用氮氧化物低燃燒的技術，SCR和SNCR這兩種技術共同作用，完成脫銷，能夠在初投資費用相當?shù)那闆r下，顯著的減少運行費用，有效的做到成本控制。就目前年代相對久遠的老機組而言，這種方式是在經(jīng)濟和適用性兩方面都比較合適的選擇，因此這種脫銷方法也逐漸流行起來。

2 SCR脫硝裝置布置及催化劑的使用

2.1 SCR反應器

目前660MW機組的常用的布置方案有兩種。一種是將SCR裝置安裝在空氣預熱器的上方，主要是在鍋爐的構架之內。這種方案在布置設計過程中，應該給SCR裝置進行同步，對于SCR的鋼結構部分，應該連同鍋爐一起設計，與此同時，應該考慮打樁和基礎的負荷問題，通常660MW等級的機組而言，SCR裝置垂直負荷大概控制在1000噸之內。另外，在設計空氣預熱器時，架構部分應該盡量照顧煙道的負荷，均衡進行布置，負荷相關規(guī)范的要求。另一種方案主要在電除塵前的煙道上進行SCR反應器的安裝，支撐方面主要是靠一次風機支架來完成的。這種布置對于一次風機、煙道和反應器的支架要求很高，綜合進行考量之后才能進行確定具體的設計和實施方案，滿足三者共同要求才能最后敲定，在負荷方面，SCR反應器的的負荷為主要負荷，輔以一次風機、煙道、等送風機等裝置進行計算，確定起重質量。對于660MW型號的機組，垂直負荷同樣設定在每臺爐一千噸的水平。

2.2 SCR脫硝裝置的改造

說到SCR裝置不得不提到的就是SNCR技術，可以說，SCR技術從本質上講就是給予SNCR基礎上改造出來的新工藝，從根本上說，也就是脫硝裝置的改造產物。SNCR技術的改造是基于燃燒器改造之上的新工藝。從系統(tǒng)結構上來看，SNCR主要包含了尿素溶液配制、在線稀釋、噴灑和監(jiān)控四個基本的部分。這些部分分別承擔起了儲存、溶液配制和儲存、稀釋適合氮氧化物排放量的濃度、噴射層的尿素溶液分配、物化噴灑與計量以及監(jiān)控整個過程中線氨與氮氧化物的分析情況。尿素溶液噴射器噴嘴選用雙流體物化墻，所有的墻式噴射器配有推進與縮回機構，每層噴射器可單獨控制。每層噴射器母管均配有一個供液壓力監(jiān)測表和溶液流量計量表。在此基礎上衍生出的SCR技術，受到鍋爐尾部煙道的限制，想在尾部通過加裝旁路煙道的方法來設置氨區(qū)很難實現(xiàn)，SCR技術就是對高溫段的省煤器進行調整和換代，將光管換成了H式省煤器，在省煤器換熱量不變的前提之下縮小了體積，為催化劑的安裝節(jié)省了體積。除此之外，SCR吹灰裝置也是催化劑層上方必不可少的裝置。對于清楚積在催化劑表面的灰，使得催化劑保持活性有著重要的意義。

2.3 催化劑的選擇

SCR技術自身具有特殊的反應機理，因此催化劑在脫硝反應中的意義重大。催化劑主要有三種形狀：板式、蜂窩式和波紋式三種。三種催化劑的共同點就是都以TiO2作為主要載體，然后添加各種活性成分，三種催化劑的制作工藝雖然作用機理基本相同，但是在做工工藝特點上還是存在較大差異。電廠在使用燃油、燃氣時，通常會選擇表面積比較大的催化劑類型，蜂窩式催化劑在這方面優(yōu)勢明顯。灰分較高的燃煤機組，則通常采用不容易造成堵灰的平板式催化劑。如果在灰的成分分析中，堿性金屬含量比例較高，則可能導致催化劑中毒，降低或者使得催化劑的活性失去，因此要選擇好催化劑的類型，并且設計最貼近實際情況組成配方。在SCR煙氣脫硝中，任何形式的催化劑還要結合經(jīng)濟和技術方面進行考量，最后完成催化劑的選擇。

3 結束語

脫硝控制系統(tǒng)在脫硝的同時，對于原廠的煙道、引風機等循環(huán)系統(tǒng)進行了相應的調整，主要是對空預器的系統(tǒng)改造。脫硝方案要緊跟時代步伐，以先進、可行、經(jīng)濟作為未來發(fā)展的大方向，通過工程積累經(jīng)驗，通過實際進行證明。以滿足國家環(huán)保政策排放為基本要求，保證電廠安全運營，提高發(fā)電效率的同時，減少一次性投資和運營成本。從脫硝技術選擇、方案優(yōu)化、減少投資、提高經(jīng)濟效益等方面進行脫硝控制系統(tǒng)的改善，強化社會和經(jīng)濟雙方面的效益。脫硝技術還在飛速的發(fā)展過程中，整個系統(tǒng)從設計到運行都處于不斷優(yōu)化中，為了能夠降低成本，我們還有很多工作要做，不斷探索、敢于創(chuàng)新，為我國大型機組的脫硝環(huán)保事業(yè)貢獻自己的力量。

參考文獻

[1]中國環(huán)境保護產業(yè)協(xié)會.我國火電廠脫硫脫硝行業(yè)發(fā)展綜述[R].2009.

[2]HJ562-2010.火電廠煙氣脫硝工程技術規(guī)范-選擇性催化還原法[R].中華人民共和國國家環(huán)境保護標準，2010.

[3]廖永進，徐程宏.火電廠SCR脫硝裝置性能試驗探討[J].節(jié)能技術，2007（3）