淺談SCR脫硝技術(shù)在150MW煤粉爐上的應(yīng)用

王智博

（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭　014010）

淺談SCR脫硝技術(shù)在150MW煤粉爐上的應(yīng)用

王智博

（神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭014010）

本文介紹了SCR工藝的原理、流程、技術(shù)特點和運行成本分析等，闡述了SCR工藝具有技術(shù)成熟、運行易于控制、安全可靠、脫硝率高、運行成本比較低等優(yōu)點，針對SCR工藝存在的空氣預(yù)熱器積鹽堵塞提出了預(yù)防措施：（1）降低氨氣逃逸量，氨氣逃逸率嚴(yán)格控制在3ppm以下；（2）采用低SO2/SO3轉(zhuǎn)化率的脫硝催化劑；（3）嚴(yán)格控制噴氨量，使氮氧化物出口濃度控制在50～80mg/m3之間；（4）選擇合適的空氣預(yù)熱器吹灰系統(tǒng)。

火電廠SCR煙氣脫硝氨氣安全

1　脫硝原理

SCR脫硝裝置采用高塵區(qū)布置的方式：SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器和空氣預(yù)熱器之間。在反應(yīng)器中，噴入的氨氣與煙氣中氮氧化物反應(yīng)，在催化劑和280～420 攝氏溫度作用下，發(fā)生如下脫硝反應(yīng)：

4NO+4NH3+O2—→4N2+6H2O

4NH3+2NO2+O2—→3N2+6H2O

NO2+NO+2NH3—→2N2+3H2O

脫硝產(chǎn)物是氣態(tài)N2和H2O，隨煙氣排向大氣，不會造成二次污染。

2　工藝系統(tǒng)組成及設(shè)計參數(shù)

2.1工藝系統(tǒng)組成

SCR脫硝工藝系統(tǒng)可分為液氨卸料儲運系統(tǒng)、氨氣制備和供應(yīng)系統(tǒng)、氨/空混合和噴射系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、蒸汽吹灰系統(tǒng)和廢水吸收處理系統(tǒng)等。

表1　液氨品質(zhì)參數(shù)

表2　主要設(shè)備參數(shù)

（1）液氨卸料和存儲系統(tǒng)；液氨的供應(yīng)由液氨槽車運送進(jìn)廠，利用卸料壓縮機(jī)抽取液氨儲罐中的氨氣，在槽車和液氨儲罐間形成壓差，將槽車內(nèi)的液氨抽入液氨儲罐中。系統(tǒng)包括兩臺卸料壓縮機(jī)（一運一備）、兩臺液氨儲罐。（2）氨氣制備和供應(yīng)系統(tǒng)；氨氣制備和供應(yīng)系統(tǒng)系統(tǒng)主要作用是向SCR系統(tǒng)提供足夠的氨氣，以保證脫硝反應(yīng)的進(jìn)行，從而降低煙氣中NOX濃度。系統(tǒng)主要包括三臺液氨供應(yīng)泵、兩座液氨蒸發(fā)槽和兩座氨氣蒸發(fā)槽。（3）氨氣混合和噴射系統(tǒng)；噴入反應(yīng)器煙道的氨氣是被空氣稀釋到5%左右氨/空混合氣體。氨氣混合和噴射系統(tǒng)主要是利用空氣作為載體，將氨氣送至脫硝的煙氣系統(tǒng)內(nèi)。氨氣進(jìn)入混合器后與稀釋空氣進(jìn)行混合，比例不小于19：1，使混合氣體濃度大大低于爆炸極限（15.5～25%），以免混合氣體發(fā)生爆炸。氨/空噴射系統(tǒng)包括供應(yīng)支管、氨噴射器等；每個供應(yīng)管道上都裝有手動蝶閥和流量孔板，根據(jù)煙道中煙氣取樣分析得出NH3和NOX的分布值，通過調(diào)節(jié)手動蝶閥使氨氣在煙氣中分布的更均勻。氨氣噴射器安裝在反應(yīng)器上游的豎直進(jìn)口煙道上，使氨氣與煙氣均勻混合具有足夠的反應(yīng)距離。脫硝反應(yīng)的氨耗量取決于進(jìn)/出口煙道的NOX值，通過氨流量控制器計算并經(jīng)流量控制閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。（4）煙氣系統(tǒng)；每一臺爐配置兩套煙氣系統(tǒng)，包括兩套進(jìn)/出口煙道、兩套頂部煙道及兩套反應(yīng)器。每套反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有2+1層催化劑。（5）吹灰系統(tǒng)；脫硝吹灰系統(tǒng)包括聲波吹灰和蒸汽吹灰兩部分。吹灰系統(tǒng)的主要作用是將催化劑中的積灰盡可能吹掃干凈，以免因死角造成催化劑失效，從而導(dǎo)致脫硝效率下降和反應(yīng)器煙氣阻力的增加。（6）廢水吸收處理系統(tǒng)；用于處理事故狀態(tài)或設(shè)備檢修時排放的氨氣，氨氣經(jīng)收集管進(jìn)入氨氣吸收槽用水進(jìn)行吸收后進(jìn)入廢水池，經(jīng)廢水泵升壓后輸送到甲醇廢水池。系統(tǒng)包括一臺氨氣吸收槽、一座廢水池、兩臺廢水泵。

2.2設(shè)計參數(shù)

（1）液氨品質(zhì)參數(shù)表1所示。

（2）主要設(shè)備參數(shù)表2所示。

3　運行控制

3.1氨氣投加控制

液氨經(jīng)過蒸發(fā)槽蒸發(fā)產(chǎn)生氨氣，在混合器中被空氣稀釋成氨氣體積分?jǐn)?shù)為5%的氣體，噴入反應(yīng)器中進(jìn)行脫硝反應(yīng)，稀釋的氨氣質(zhì)量濃度是根據(jù)純氨氣給料來控制的。氨氣投加量根據(jù)反應(yīng)器進(jìn)出口NO濃度來調(diào)節(jié)。氨氣系統(tǒng)設(shè)有反應(yīng)器低溫、高溫保護(hù)以及反應(yīng)器進(jìn)出口壓差保護(hù)，當(dāng)溫度低于280℃或高于420℃時，氨氣停止投加；當(dāng)反應(yīng)器進(jìn)出壓差超過設(shè)定值時，氨氣也要停止投加。

3.2吹灰控制

吹灰采用聲波吹掃和蒸汽吹掃方式，聲波吹掃采用連續(xù)運行方式，定期吹掃。而蒸汽吹掃要根據(jù)反應(yīng)器進(jìn)出口壓差來控制。

3.3工藝特點

（1）無固體廢物和廢水產(chǎn)生；氨與煙氣中的氮氧化物在催化劑作用下完成脫硝反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物是氣態(tài)N2和H2O，隨煙氣排向大氣。反應(yīng)過程在氣相中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為280～420℃，無水參與反應(yīng)，也沒有氣態(tài)水冷凝。所以，SCR煙氣脫硝工藝無固體廢物和廢水產(chǎn)生。（2）脫硝反應(yīng)充分、氨氣逃逸少；反應(yīng)器殼體為長方體，垂直布置，煙氣沿垂直方向自上而下流至空氣預(yù)熱器。在殼體內(nèi)水平布置多層蜂窩狀催化劑，煙氣沿催化劑孔隙穿流而過，這樣使煙氣在反應(yīng)器內(nèi)均勻布置。氨氣從反應(yīng)器進(jìn)口噴入，隨煙氣經(jīng)過反應(yīng)器入口導(dǎo)流板、均流器后，進(jìn)入催化劑層，使氨氣在煙氣中混合均勻。氨氣與煙氣中的氮氧化物充分接觸，反應(yīng)完全，脫硝率高達(dá)80%以上；殘留氨氣少，可控制氨氣逃逸率在3ppm以下。（3）與主機(jī)鍋爐聯(lián)系密切；反應(yīng)器布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間，設(shè)有旁路，可以實現(xiàn)SCR煙氣脫硝裝置的在線檢修和催化劑更換。從結(jié)構(gòu)上講，支撐脫硝裝置的鋼架與鍋爐鋼架連在一起，而且，脫硝裝置的運行與主機(jī)鍋爐運行也密切相關(guān)，因此，控制系統(tǒng)可以做在一起，這樣使運行管理既方便又安全可靠。（4）催化劑要定期更換；反應(yīng)器中催化劑長時間運行后，催化反應(yīng)的效能會慢慢下降，直至失效。SCR煙氣脫硝裝置運行引起催化劑失效原因有化學(xué)和物理兩個方面因素。煤在鍋爐中燃燒會產(chǎn)生重金屬，隨煙氣進(jìn)入脫硝反應(yīng)器，與催化劑發(fā)生置換反應(yīng)，引起催化劑化學(xué)中毒，這是化學(xué)方面的原因。催化劑表面積灰，也會引起失效，這就是物理方面的原因。（5）工藝簡單、易于控制；在鍋爐左側(cè)、右側(cè)排煙各裝一個反應(yīng)器，四臺鍋爐共八個反應(yīng)器，四個反應(yīng)器共用一套供氨系統(tǒng)，工藝簡單。脫硝反應(yīng)過程僅需要投加氨氣，運行中定期吹灰，加氨和吹灰比較容易控制。

4　運行中注意事項

4.1防止空氣預(yù)熱器積鹽堵塞

氨氣是堿性物質(zhì)，與煙氣中的酸性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)生成鹽類物質(zhì)，如硫酸氫銨、硫酸銨等。

SO2+1/2O2=SO

NH3+SO2+HO=NH4HSO4

2NH3+SO3+H2O=（NH4）2SO4

化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物隨煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器后，煙氣與冷空氣發(fā)生熱交換，溫度降低，達(dá)130℃，硫酸氫銨、硫酸銨在空氣預(yù)熱器換熱板上冷凝析出晶體物質(zhì)與煙塵粘結(jié)一起沉積在空氣預(yù)熱器，造成空氣預(yù)熱器堵塞。

4.2防止氨氣爆炸和泄漏

4.2.1氨的特性

氨又稱氨氣（液氨），分子式為NH3，無色透明有刺激性臭味的氣體，具有毒性。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，其密度為0.771kg/m3，常壓下的沸點為－33.41℃，臨界溫度為132.5℃，臨界壓力為11.48MPa。氨氣與空氣或氧氣混合能形成爆炸性氣體，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸，爆炸下限為15.7%，爆炸上限為27.4%，引燃溫度為651℃。

4.2.2氨的危害

氨揮發(fā)性大，刺激性強。低濃度氨對粘膜有刺激作用，高濃度氨可造成溶解性組織壞死。輕度中毒者出現(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、咯痰等；眼結(jié)膜、鼻粘膜、咽部充血、水腫；胸部X線征象符合支氣管炎或支氣管周圍炎。中度中毒上述癥狀加劇，出現(xiàn)呼吸因難、紫紺；胸部X線征象符合肺炎或間質(zhì)性肺炎。嚴(yán)重者可發(fā)生中毒性肺水腫，或有呼吸窘迫綜合癥，患者劇烈咳嗽、咯大量粉紅色泡沫痰、呼吸急迫、昏迷、休克等。皮膚接觸液氨會引起化學(xué)性灼傷，使皮膚生瘡糜爛。液氨濺入眼內(nèi)可引起凍傷，并變?yōu)樯n白色。

4.2.3事故的預(yù)防

（1）氨泄漏事故的預(yù)防；一、使用單位必須執(zhí)行中華人民共和國2002年3月15日實施的《化學(xué)危險品安全管理條例》。二、從事氨作業(yè)前必須編制有針對性、可操作性的安全措施，經(jīng)審批簽字方可執(zhí)行。三、已充氨的設(shè)備、管線在未卸壓前不得再緊固聯(lián)接件和密封件。四、氨區(qū)必須配備流動清水沖洗設(shè)施。五、氨區(qū)必須配備一定數(shù)量的勞動保護(hù)用具（防護(hù)服、防護(hù)眼鏡、防護(hù)手套、防毒面具）。六、氨泄漏監(jiān)測裝置必須24小時實時監(jiān)測，噴淋、消防水系統(tǒng)必須定期檢查，確保安全可靠。七、事故處理完畢后，按照事故“四不放過原則”召開事故分析會。（2）防火、防爆事故的預(yù)防；一、禁止在已投運的液氨、氣氨設(shè)備，管線及周圍進(jìn)行動火作業(yè)。必須動火時，須按有關(guān)規(guī)定辦理動火工作票，并采取必要的安全防范措施。二、氨區(qū)周圍必須懸掛“禁止吸煙”、“禁止煙火”等安全標(biāo)語，安全標(biāo)識，氨區(qū)管理有關(guān)規(guī)定。

4.2.4保障措施

（1）通訊保障；當(dāng)班員工、當(dāng)班負(fù)責(zé)人、值班負(fù)責(zé)人、企業(yè)負(fù)責(zé)人和單位應(yīng)配備必要的通訊設(shè)備，并確保通訊設(shè)備完好和聯(lián)絡(luò)通暢。當(dāng)聯(lián)系電話號碼發(fā)生變更時，應(yīng)互相通報。公示報警電話和應(yīng)報告部門名稱。（2）器材保障；配備必要人員救治、防毒、滅火等事故用品和器材。（3）知識保障；一、接受和自行經(jīng)常性地進(jìn)行安全培訓(xùn)教育，提高安全意識。二、定期進(jìn)行事故應(yīng)急演練，提高人員救治和事故處置能力。

5　結(jié)語

SCR脫硝系統(tǒng)是成熟、可靠的工藝，該工藝不僅容易控制，而且運行安全可靠；脫硝產(chǎn)物可直排大氣，對大氣不會造成二次污染，具有廣闊的應(yīng)用前景。SCR工藝初始投資較大，但脫硝率高、運行成本比較低。

王智博（1984—），男，內(nèi)蒙古人，本科，畢業(yè)于東北電力大學(xué)，助理工程師，研究方向：火電廠脫硫脫硝。