SCR脫硝系統簡介及其熱工邏輯設計

王洪凱，呂雪霞，劉 洋（.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧沈陽，0006；.通遼霍林河坑口發電有限責任公司，內蒙古通遼，0900；.國家電網東北電力調控分中心，遼寧沈陽，080）

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SCR脫硝系統簡介及其熱工邏輯設計

王洪凱1，呂雪霞2，劉 洋3
（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧沈陽，110006；2.通遼霍林河坑口發電有限責任公司，內蒙古通遼，029200；3.國家電網東北電力調控分中心，遼寧沈陽，110180）

本文以遼寧撫順熱電廠2×300MW供熱機組脫硝系統的組態設計為切入點，闡述了脫硝系統的意義；介紹了SCR脫硝系統的工藝；講解了SCR脫硝系統的組態。旨在對SCR脫硝系統在燃煤發電機組的應用進行講解。

脫硝系統；選擇性催化還原法；氨氣流量自動控制

0　概述

氮氧化物（主要是N0、N02以及少量的N20等，統稱為NOx）主要來自燃燒時煤中氮的氧化及高溫空氣中N2和O2的反應。氮氧化物會破壞臭氧層；它也是形成酸雨、酸霧的主要污染物之一；此外它還影響人的免疫系統。因此，我們要深刻認識氮氧化物的危害，努力減少氮氧化物的排放。

在我國，火電機組一直占全國電力總裝機容量的75%左右。截止2007年底，電力行業氮氧化物的排放量約為840萬噸/年。因此，如何減少電力生產帶來的氮氧化物已成為十分重要的課題，而脫硝技術的發展為解決氮氧化物的過度排放提供了有效的手段。

1　脫硝技術簡介

1.1脫硝技術簡介。對氮氧化物排放的控制可分為一次控制和二次控制：前者主要是在燃燒過程中抑制NOx的生成，通常稱為低NOx燃燒技術。后者是在燃燒結束后進行的煙氣凈化處理，通常稱為煙氣脫硝技術。因為后者的脫硝效率要比前者高的多，所以在發達國家已普遍使用煙氣脫硝技術來控制NOx的排放。

選擇性催化還原技術（SCR）與選擇性非催化還原技術（SNCR）是目前主流的煙氣脫硝技術。SCR技術是在催化劑的作用下，用液氨為還原劑，在溫度為300～400oC間脫除煙氣中NOx；SNCR技術則不需催化劑，直接將含有NHx基的還原劑噴入爐膛溫度為850～1250oC的區域脫除NOx。二者之間的技術比較見表1：

表1：SCR法與SNCR法技術比較

撫順工程采用SCR工藝，所以本文主要對此技術進行介紹。

1.2SCR技術要點。選擇性催化還原法是指在催化劑的作用下利用脫硝劑（氨氣）將煙氣中NOx分解成為N2和H2O，其反應公式如下：

SCR系統設計要求脫硝率要大于90%。脫硝率的定義可見公式1：

C1-C2

C1

式中：C1-脫硝系統運行時入口煙氣中NOx含量

C2-脫硝系統運行時出口煙氣中NOx含量（

脫硝率很大程度上取決于催化劑的反應活性。催化劑活性越高，反應速率越快，脫除NOx的效率越高。當催化劑活性降低時，NOx還原反應速率也降低，這會導致NOx脫除量降低，氨逃逸水平升高。

隨著操作時間的增加，催化劑的活性會逐漸降低。隨著催化劑活性的降低，通常要注入更多的氨來保持NOx脫除率，而這也增加了氨逃逸。當氨逃逸達到最大值時就必須更換催化劑。設計要求控制氨逃逸率（脫硝裝置出口氨的濃度稱為氨的逃逸率）在5ppm以下，2～3ppm更為適宜（1 pmm NH3=0.76 mg/m3NH3），以達到將SO2/SO3的轉化率控制在1%以下的目的。

2　SCR系統工藝流程

電廠SCR煙氣脫硝系統包括液氨儲存與供應系統和脫硝反應系統兩大部分。液氨儲存與供應系統由液氨卸料機、液氨儲罐、液氨蒸發槽、氨氣緩沖槽及氨氣稀釋槽、廢水泵、廢水池等組成。脫硝反應系統由催化反應器、氨噴霧系統、空氣供應系統等組成。

液氨儲存與供應系統首先利用液氨卸料壓縮機抽取液氨儲槽中的氨氣，經壓縮后將槽車中的液氨由槽車輸入液氨儲槽內。儲槽輸出的液氨在液氨蒸發槽內蒸發為氨氣，從蒸發槽蒸發的氨氣流進氨氣緩沖槽，通過調壓閥減壓到一定壓力，再通過氨氣輸送管線送到鍋爐側的脫硝反應系統。

脫硝反應系統首先對氨氣系統輸送過來的氨氣進行稀釋，通過稀釋風機提供的空氣流和氨氣混合，一般設計稀釋比為5%。氨氣均勻混合后通過均流混合裝置進入反應器入口。SCR反應器位于鍋爐省煤器出口煙氣管線的下游。在催化劑的作用下，氨/空氣混合物與煙氣中的氮氧化物在SCR反應器內進行反應，煙氣經脫硝過程后經空預器回收后進入電除塵裝置。

液氨系統排放處所排出的氨氣由管線匯集后從稀釋槽底部進入，通過分散管將氨氣分散入稀釋槽中，利用大量的消防水來吸收安全閥排出的氨氣。經由氨氣稀釋槽吸收成氨廢水后排到廢水池，再經由廢水泵送到中和裝置，達標后排放。

由于燃煤電廠排放的煙氣中灰分含量普遍較高，這對催化劑的活性和壽命都產生了不利的影響，為了預防灰粉堆積在催化劑表面，需要選擇適當的吹灰器。目前普遍應用的是聲波和蒸汽兩種吹灰技術。較之二者，前者對催化劑無毒副作用、無磨損，吹灰無死角又能夠保證催化劑的連續清潔。因此聲波吹灰技術在應用效果上要優于蒸汽吹灰技術。

3　撫順脫硝系統邏輯設計

3.1撫順SCR脫硝系統簡介。撫順SCR脫硝系統的液氨儲存與供應系統采用典型工藝，脫硝反應系統采用高灰段布置方式，即SCR反應器布置在鍋爐省煤器出口和空氣預熱器之間，不設置SCR反應器煙氣旁路系統。

脫硝系統中的脫硝反應系統為DCS邏輯組態部分，其主要包括稀釋風機、稀釋空氣閥、氨氣快速切斷閥、聲波吹灰器、NOx/O2分析儀、NH3分析儀以及氨氣流量控制閥。除氨氣流量控制閥外，其他部分為順序控制系統部分。

3.2順序控制系統組態。稀釋風機：考慮到脫硝系統安裝在煙氣管路上，因此聯鎖啟動條件需設置同側引風機運行時聯啟稀釋風機；此外，運行稀釋風機跳閘時需聯啟備用風機。此外還設計了停止允許條件，即在兩側氨氣快速切斷閥都關閉的情況下方可停止稀釋風機。

稀釋空氣閥：設計了風機啟動聯開空氣閥，風機停止聯?？諝忾y的邏輯。

氨氣快速切斷閥：起到快速切斷氨氣供給的作用，它對于系統的安全起到重要的保護作用。因為系統要求當反應器入口煙溫高于325oC時才允許投入氨氣，所以我們設計在切斷閥聯鎖開關投入情況下，當入口煙溫高于325oC時聯鎖打開氨氣快速切斷閥。當入口煙溫低于320oC延時15分鐘或低于310oC時，保護關閉氨氣快速切斷閥。當同側稀釋空氣流量低于氨流量最大值時氨稀釋濃度為12%的稀釋風流量值時，觸發稀釋風流量低低保護，此外，當MFT發生，兩臺稀釋風機全停，同側引風機跳閘，同側空預器跳閘時，也應保護切斷氨氣供應，關閉氨氣快速切斷閥。

聲波吹灰器共12支，分別設計單操。根據系統需要，分四組設計程控程序，循環吹灰。

各分析儀設計為單操。

3.3氨氣流量控制系統的設計。氨氣流量控制回路的目的是通過對供氨量的調節使SCR出口NOx的濃度保持在一個指定數值。它采用比例積分調節，以消除需求量與反饋量的偏差。

由于脫硝效率受摩爾比（NH3/NOx）控制，因此當反應器入口NOx量確定時，在穩定運行狀態下所需噴氨量與此值成比例。所以可知，噴氨量初始設定值由式2得出。

其中：

NH3：所需的氨注入量（kg/h），為目標值。

G：鍋爐煙氣量，由總燃料量編程計算得到。

NOx：入口NOx濃度（ppm），由煙氣流量與SCR入口NOx分析儀測得的NOx濃度的乘積來確定。煙氣流量是根據鍋爐總燃料量計算獲得的。

α：NH3/NOx摩爾比，它為鍋爐負荷的函數，由編程給出此數值。

為滿足負荷變化或燃燒煤種的改變而引起的NOx的變化，特提供3個輔助調節信號。輔助信號累加在公式3中的摩爾比上。3個輔助信號分別如下：

（1）SCR出口NOx對摩爾比控制的修正調節；

（2）SCR入口NOx對摩爾比控制的修正調節；

（3）摩爾比偏置。

此外，為了響應由于煤燃燒器啟動時引起的NOx瞬時變化，需要一個適宜的氨流量偏差以提高可控性。所以在首臺磨煤機啟動時，由負荷函數與反應器出口NH3濃度乘積作為偏置累加在氨流量設定值上。

經過上述邏輯的搭建，我們可以得到所需的氨流量設定值，為防止由于氨氣量過高引起的安全隱患，對此設定值需要做上限限幅控制。

對于實際氨氣流量信號，我們需要進行溫度和壓力補償。修正系數為Cp/Ct，這里：

Cp：運行壓力（kPa）/設計壓力 （kPa）

Ct：運行溫度（oC）/設計溫度 （oC）

氨氣關斷閥打開后，氨氣流量調節器閥設定在指定位置（設定值通過總燃料量計算得到），自氨氣與NOx發生化學反應的時刻起，閥位保位300秒。達到穩定后，自動流量調節開始。

此外，邏輯中還設計了保護關閉環節。當氨氣快速切斷閥關閉，則意味著SCR跳閘，因此需要聯鎖關閉氨氣流量調節閥。

至此為止，我們就完成了氨流量控制系統的邏輯組態。

4　結論

脫硝系統的控制邏輯經過靜態調試與仿真試驗，已經具備了投運的條件，能夠滿足運行人員的工作要求。

燃煤電廠鍋爐SCR煙氣脫硝技術經歷了30多年的研究發展與工程實踐，在技術上已發展成熟。隨著環境保護意識的不斷加強與SCR煙氣脫硝技術的不斷發展，SCR技術將在火電行業中起到更加重要的作用。

［1］ 蔣文舉，寧平.大氣污染控制工程［M］.成都：四川大學出版社，2001

［2］ 張強.燃煤電站SCR煙氣脫硝技術及工程應用［M］.北京：化學工業出版社，2007.15-25

［3］ 裴慶春.聲波吹灰器和蒸汽吹灰器在SCR的應用和經濟性分析［J］.電力設備.2007，8（11）

Brief introduction of SCR denitrification system and its thermal logic design

Wang Hongkai1，Lv Xuexia2，Liu Yang3
（1.Liaoning Electric Power Co.，Ltd. Electric Power Science Research Institute，Shenyang Liaoning，110006；2.Tongliao Huolinhe pithead power generation Co. Ltd.，Tongliao Inner Mongolia，029200；3.Northeast electric power regulation and control sub center of State Grid，Shenyang Liaoning，110180）

This paper to Liaoning Fushun Power Plant 2*300MW cogeneration units off denitrification system configuration design as the breakthrough point，this paper expounds the de NOx system；introduces SCR denitrification system of process；explain the SCR denitrification system configuration.The purpose is to explain the application of SCR denitrification system in coal-fired generating units.

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