火電機組SCR脫硝響應時間滯后原因分析

王永泉，苗長江，仇云霞

（江蘇科行環保科技有限公司，江蘇 鹽城 224003）

火電機組SCR脫硝響應時間滯后原因分析

王永泉，苗長江，仇云霞

（江蘇科行環保科技有限公司，江蘇 鹽城 224003）

火電廠燃煤煙氣中的氮氧化物（NOx）脫除，主要采用SCR法，其還原劑主要采用液氨氣化、尿素熱解或水解制氨以及氨水蒸發制氨等工藝。根據尿素熱解法SCR脫硝和液氨氣化法SCR脫硝兩個工程的運行情況，對在鍋爐工況發生變化時，還原劑噴射量的變化與反應器出口氮氧化物濃度響應時間的滯后原因進行了簡要分析。

火電機組；SCR脫硝；響應時間

SCR脫硝是指在適當反應溫度窗口和催化劑的作用下，利用氨基還原劑“有選擇性地”與煙氣中的NOx反應，生成無害的N2和H2O。火電機組SCR脫硝采用高塵布置，反應溫度范圍為320℃～420℃。SCR脫硝以其脫硝效率高、運行穩定可靠、產物無二次污染等特點，成為目前技術最成熟、應用最廣泛的火電廠煙氣脫硝技術。

尿素熱解制氨和液氨氣化兩種工藝的SCR脫硝裝置總體上均能達到設計的脫硝效果。在鍋爐處于穩定工況運行和工況發生較大幅度波動時，噴氨量均能實時跟蹤變化。但在鍋爐工況發生較大波動時，脫硝裝置出口NOx濃度的變化存在不同程度的響應滯后現象。本文以兩個SCR脫硝工程實例進行分析說明。

1 概述

選取的兩個采用不同還原劑的SCR脫硝工程，其鍋爐負荷及反應器主要性能參數對比見下表。

兩個SCR脫銷工程主要性能參數對比表

2 還原劑制備工藝流程

2.1 采用液氨制氨氣還原劑的工藝流程

（1）液氨由槽車運輸進入氨區，與卸氨臂連接，經卸氨壓縮機抽取液氨儲罐中的氨氣進行壓縮，打入槽車，使槽車內部壓力升高，將槽車內的液氨壓入液氨儲罐，完成卸氨過程。

（2）液氨儲罐與液氨蒸發槽通過管道相連，儲罐中的液氨通過管線進入蒸發槽內筒，吸收外筒熱水提供的熱量氣化為氨氣，進入氨氣緩沖罐穩壓后，通過緩沖罐出口管道輸送至反應器區。

（3）反應器區設置氨氣調節計量閥組，由反應器進、出口實時煙氣參數計算得出噴氨量，通過控制調節閥的開度調節流經流量計的氨氣流量值，使經過準確計量的氨氣與稀釋風混合。

（4）氨/空氣混合氣體通過噴氨母管、噴氨格柵噴入反應器煙道。

2.2 采用尿素熱解制氨技術的工藝流程

（1）袋裝尿素由汽車運輸進入尿素站。

（2）尿素溶解罐內放入一定量的除鹽水，開啟攪拌器和加熱蒸汽閥門，加熱蒸汽通過溶解罐盤管將溶解水加熱到一定溫度時，由單軌吊車吊起袋裝尿素，通過剖包后將顆粒狀尿素放入溶解罐，尿素顆粒溶解于除鹽水中，當尿素溶液濃度達到50%左右、溫度達到40℃～60℃時，完成尿素溶液的制備。

（3）尿素溶液輸送泵將溶解罐中制備好的尿素溶液打入尿素溶液儲罐。

（4）儲罐中的尿素溶液經高流量循環泵輸送到反應器區。

（5）反應器區設置尿素溶液計量分配模塊、電加熱器和熱解爐等設備，由反應器進、出口實時煙氣參數計算得出噴氨量，通過控制計量分配模塊連接各個噴槍管道上調節閥開度調節流經流量計的尿素溶液流量值，使經過準確計量的尿素溶液噴入熱解爐中，與500℃～650℃的高溫稀釋風混合，霧化尿素液滴中的尿素與水迅速熱解生成氨氣和二氧化碳氣，多余的水分汽化為水蒸汽。

（6）氨/空氣等熱混合氣體通過噴氨母管、噴氨格柵噴入反應器煙道。

3 還原劑控制方式對比

通過對比和分析兩個工程的工藝流程，可以看出∶

（1）還原劑控制方法相同。采用兩種不同還原劑的SCR脫硝裝置，均根據設計要求設定一個出口NOx濃度控制值，依此為目標，根據反應器進口煙氣量，反應器進、出口CEMS測得的NOx濃度，氨逃逸濃度，氧含量，煙氣溫度等一系列煙氣參數，通過計算得出需要噴入煙氣中的還原劑氨的量，并以此計算結果控制調節閥的適時開度，達到噴氨（或尿素溶液）量的準確控制。

（2）還原劑調節閥控制的還原劑不同。采用液氨為還原劑的SCR脫硝裝置，還原劑調節閥控制的是氨氣；采用尿素為還原劑的SCR脫硝裝置，還原劑調節閥控制的是尿素溶液。

（3）還原劑通過調節閥后的路徑不同。采用液氨為還原劑的SCR脫硝裝置，氨氣通過調節閥后，進入氨/空氣混合器與稀釋風混合均勻，經噴氨格柵噴入反應器進口煙道；采用尿素為還原劑的SCR脫硝裝置，尿素溶液通過調節閥后，先與壓縮空氣一起，通過噴槍噴入熱解爐，尿素溶液被霧化成小液滴，然后在熱稀釋風的加熱下，小液滴中的尿素與水熱解生成氨氣和二氧化碳氣體，與熱稀釋風混合均勻，經噴氨母管、噴氨格柵噴入反應器進口煙道。

4 運行結果比較

通過脫硝系統的投用調試及一年多來的試運行發現∶

（1）在鍋爐工況穩定時，采用以上兩種還原劑的SCR反應器，其出口氮氧化物濃度、氨逃逸濃度均能達到設計的預期效果。

（2）在鍋爐工況變化比較大時，采用液氨為還原劑的SCR脫硝裝置，在進口煙道NOx濃度處于升高趨勢時，其出口NOx濃度也處于相應升高的趨勢，氨逃逸濃度偶爾超標；在進口煙道NOx濃度處于降低趨勢時，其出口NOx濃度也處于相應降低的趨勢。實時噴氨量與脫硝效果之間有6～9秒的滯后。

（3）在鍋爐工況變化比較大時，采用尿素為還原劑的SCR脫硝裝置，在進口煙道NOx濃度處于升高趨勢時，其出口NOx濃度也處于相應升高的趨勢，氨逃逸濃度超標時間較長；在進口煙道NOx濃度處于降低趨勢時，其出口NOx濃度也處于相應降低的趨勢。實時噴氨（尿素）量與脫硝效果之間有15～20秒的滯后。

5 分析

噴氨量的變化與反應器出口NOx濃度變化滯后的響應時間，實際上包含了出口煙道上的CEMS檢測反應時間和還原劑自調節閥出口、氨/空氣混合器（熱解爐）、噴氨母管、噴氨格柵直至與煙氣混合、經過反應器各催化劑層、出口煙道、CEMS的檢測等幾個時間段。若忽略CEMS檢測與反應時間，則只需考慮煙氣從噴氨格柵至反應器出口煙道CEMS的停留時間、氨混合氣從氨/空氣混合器（熱解爐）出口至噴氨格柵出口的停留時間，以及還原劑調節閥出口至氨/空氣混合器（熱解爐）出口的停留時間這幾個時間段。

（1）由于兩個項目的鍋爐規格相近，因此反應器、煙道的尺寸、噴氨位置也相近。煙氣在煙道和反應器中的流速基本相同，可以認為從氨氣經噴氨格柵噴入煙道與煙氣混合開始，直至經過催化劑后到達出口CEMS為止，兩個項目的噴氨量變化與出口NOx變化的響應時間（或滯后）是基本一致的。根據兩個項目的進、出口煙道尺寸，反應器尺寸及煙氣流速計算，煙氣的停留時間約為4.1秒。

（2）還原劑自氨/空氣混合器（熱解爐）出口，經過管道輸送至噴氨母管，直至進入噴氨格柵之前。兩個項目的氨稀釋濃度均為5%，噴氨母管尺寸均為DN400，壓力均為6kPa，噴氨格柵數量相同。根據液氨制氨工藝項目的氨/空氣混合氣管道、噴氨母管、噴氨格柵支管管道長度及氣流速度計算，氨混合氣停留時間約為2.4秒，尿素熱解制氨工藝項目熱解爐出口至噴氨母管管道長度較氨/空氣混合器出口至噴氨母管管道長度長約13米，所以熱解爐出口氨/空氣混合氣經過噴氨母管至噴氨格柵停留時間稍長，約為3.3秒。

（3）還原劑調節閥出口至氨/空氣混合器（熱解爐）出口段。根據液氨制氨工藝項目的氨調節閥出口管道、氨/空氣混合器尺寸及氨氣流速計算，氨氣停留時間約為1.2秒；根據尿素制氨工藝項目的尿素溶液調節閥出口管道、熱解爐尺寸及各部分介質流速計算，氨氣（尿素）停留時間約為8.8秒。

綜合以上的計算結果（忽略熱控儀表反應時間），液氨制氨工藝項目的噴氨量變化與反應器出口NOx濃度值變化響應時間約為7.7秒；尿素熱解制氨工藝項目的噴氨量變化與反應器出口NOx濃度值變化響應時間約為16.2秒，比液氨制氨工藝項目還原劑響應時間延長了8.5秒，這個結果與采用兩種還原劑工藝的脫硝裝置實際運行的觀測結果吻合。

6 結論

（1）不論采用何種脫硝還原劑工藝，以SCR脫硝裝置進、出口煙氣參數為控制依據的脫硝噴氨量控制方式，都不能很好地適應鍋爐負荷變化引起的工況的波動，均存在噴氨量滯后的客觀事實。

（2）采用尿素熱解制氨工藝的脫硝裝置，由于熱解爐的增加，顯著延長了還原劑的停留時間。在鍋爐工況波動較大時，采用尿素熱解制氨工藝的脫硝裝置，其出口氮氧化物濃度指標和氨逃逸濃度指標的控制，較采用液氨氣化制氨工藝的脫硝裝置，更為困難。

（3）以SCR脫硝裝置進出口煙氣參數為控制依據的脫硝噴氨量控制方式，會引起還原劑的浪費、氨逃逸超標和排放NOx濃度的短時超標。

（4）為了達到噴氨量與鍋爐負荷變化的實時匹配，在作為SCR脫硝控制依據的煙氣參數中，應該引入鍋爐指令、功率指令、鍋爐總風量數據等前端參數，方能充分反映脫硝系統運行狀況，達到減少和消除SCR脫硝控制系統滯后多、延時過長的目的。

Analysis on Response Time Lag of SCR Denitration of Power Generating Set

WANG Yong-quan, MIAO Chang-jiang, QIU Yun-xia
(Jiangsu Cohen Environmental Protection Technology Co., Ltd, Jiangsu Yancheng 224003, China)

The SCR process is adopted to remove NOx in Coal-fred fue gas of thermal power plant. Its reducing agents mainly adopt the anhydrous ammonia gasifcation, urea pyrogenation or hydrolyzing ammonia manufacture and ammonia manufactured by aqueous ammonia evaporation technologies. In accordance with the operation of two SCR denitration projects by process of urea pyrogenation and anhydrous ammonia gasifcation, the paper gives the brief analysis on the change of spraying quantity of reducing agent and the lag reason of response time of NOx concentration when the working condition changes of the boiler take place.

thermal power generating set; SCR denitration; response time

X701

A

1006-5377（2015）05-0057-03