SCR煙氣脫硝系統的運行方式及控制研究

侯培賢 王亞楠

摘要：文章對目前SCR脫硝系統在電廠中的應用現狀和背景進行介紹，基于SCR煙氣脫硝的機理來研究SCR煙氣脫硝系統的運行方式以及參數控制方式，以供參考。

關鍵詞：SCR煙氣脫硝系統；運行方式；參數控制

1引言

在目前我國社會用電負荷在不斷增加的同時，我國的電廠規模也在不斷擴大且裝機容量與機組參數也在不斷提高，但是與此同時，發電企業中的能耗也在不斷增加，并增加了環境污染物的排放。因此在目前的火電廠中已經開始普及應用煙氣脫硫技術來針對煙氣中的NOx進行治理。為了滿足國家相關部門對發電企業的NOx最高排放濃度的標準要求的同時，還要進行煙氣脫硝裝置空間的預留，同時在目前的發電企業中開始進行煙氣脫硝裝置的逐漸配置。在目前的電廠中針對NOx進行控制的方法就是在燃燒之前對燃料進行脫氮，然后在燃燒過程中對燃燒方式進行改進，且在生產工藝中采取脫硝措施，最后就是進行煙氣脫硝的方式。其中第二種方式已經在發電企業中普及應用，但是由于由于這種方法的應用會使得燃燒效率的降低以及對不完全燃燒損失進行增加，因此也具有比較低的NOx脫除率。因此提出了煙氣脫硝的思路，而且在煙氣脫硝方法中，SCR煙氣脫硝法目前比較成熟且應用比較廣泛。但是由于此方法在我國目前的應用經驗比較缺乏，因此，本文針對此方法的運行方式以及參數控制方式進行研究。

2 SCR煙氣脫硝的機理

此方法就是在溫度為280～420℃范圍的煙氣加入催化劑的同時進行氨或者其他還原劑的噴入，而且在氧的參與下，將煙氣中的NOx向氮氣和水進行轉換。在此方法的應用中所使用的氨主要為液態無水氨或者是氨的水溶液，在將氨蒸發之后將其與稀釋空氣或者煙氣進行混合，并通過分配格柵向SCR反應器上游的煙氣噴入。

由于上述副反應的產物也會對環境造成污染，因此在上述過程中需要對合適的催化劑進行選擇并且對反應條件進行控制來實現對上述副反應產物的避免。此外，上述進行NOx脫出的效率會受到催化劑的性質、NH3與NOx的化學計量比、煙氣中的氧氣濃度、煙氣流速以及反應溫度等因素的影響。其基本的原理如圖1所示。

3 SCR煙氣脫硝系統的運行方式

3.1 SCR煙氣脫硝系統的起動

如果電廠中的SCR煙氣脫硝系統沒有進行旁路的設置，可以在鍋爐起動時同時進行起動，但是需要在起動之前在進行鍋爐的預通風過程中對催化劑進行預加熱。如果二者都是從冷態狀況進行起動，需要控制煙氣的升溫速率在3～4℃/min以下，還要對SCR反應器入口以及出口的溫度進行監測，確保二者的溫差在10℃以下。在通過上述過程將催化劑的溫度加熱到310℃以上并保持10min之后，開始起動氨氣供給系統，通過格柵向SCR反應器來進行噴氨。此時此系統的起動完成，并需要確保其反應區的溫度控制在400℃以下。

3.2 SCR煙氣脫硝系統的停止

SCR煙氣脫硝系統的停止主要分為正常停止和鍋爐跳閘之后的停止，還有自動安全停止三種。首先對于正常停止來說，需要在鍋爐停運之前進行催化劑的吹灰，并且保證在鍋爐停止之前的10min進行噴氨停止，并且通過手動的方式將氨量需求信號值調為0。此時的氨氣噴入管線上的閥門進行自動關閉，在10min之后就可以進行鍋爐停爐操作。在停爐之后還要一直確保鍋爐處于負壓狀態，并且使用引風機來對SCR煙氣脫硝系統進行吹掃。

其次是對于鍋爐跳閘后的系統停止來說，在鍋爐跳閘之后的氨量需求信號值會自動變為0，此時同樣也會將氨管線上的閥門進行自動關閉，并且在手動將出口NOx含量操作端重新進行要求數值的設定之后才能再次打開此閥門。在鍋爐跳閘并且停止運行之后，通過手動關閉系統來進行脫硝系統的關閉，而且在整個關閉系統中不允許打開SCR反應器上的人孔或觀測孔。而且通常需要在催化劑溫度降低到150℃以上，或者降低幅度在60～70℃以上盡快對鍋爐進行重新起動。

最后就是系統的自動安全停止。在系統正常運行過程中如果出現煙氣溫度超過420℃的情況就會嚴重損壞催化劑模塊，因此，此時就需要對鍋爐進行停止，且在還沒有達到420℃之前，通常在超過390℃時就需要將噴氨系統停止，并且對停止SCR煙氣脫硝系統進行自動執行來對其進行保護。此外，在系統正常運行中如果出現溫度降低到310℃以下并保持10min的情況，就會對SCR煙氣脫硝系統進行制定停止來對其進行保護。

4 SCR煙氣脫硝系統的參數控制

4.1催化劑的活性

在SCR煙氣脫硝系統中通常所用的催化劑為板式或者蜂窩式的催化劑，且主要的成分為V2O5以及TiO2，而且催化劑的使用壽命會直接決定此系統運行的經濟性，而催化劑的使用壽命則受到其活性的影響。催化劑失去活性主要有物理失去活性以及化學失去活性兩種，前者主要就是由于高溫燒結、磨損以及固體顆粒沉積堵塞引起的。針對此方法可以通過在SCR反應器中進行煙氣整流器的設置等優化設計方法來進行緩解。而后者則主要是由于堿金屬、重金屬引起的催化劑中毒。針對此問題可以將聲波吹灰器安裝在反應器上，而且嚴格執行吹掃周期在運行中進行吹掃和輸灰。

4.2反應溫度

在此系統中應用不同類型的催化劑會對最佳反應溫度范圍有著不同的要求，而如果溫度超出此最佳溫度范圍就會導致副反應產物的產生，這些副產物本身就會造成一定的大氣污染，而且可能會在催化劑的表面附著并對其通道和微孔進行堵塞，這也會導致催化劑活性的降低。此外，溫度超出其適宜范圍還可能會導致催化劑通道和微孔的變形，這也會減少有效通道和面積而導致催化劑活性的降低。目前在SCR脫硝系統中不同的催化劑所對應的溫度范圍主要有以下幾種：高溫的范圍為345～590℃，中溫范圍為260～450℃，低溫范圍為150～280℃，在超出了上述最佳溫度范圍時，就會自動保護并將SCR煙氣脫硝系統停止。

4.3氨氣輸入量和混合

根據所期望的不同的脫硝效率需要使用不同的還原劑NH3的用量，因此對其用量進行控制的方式就是進行NH3和NOx的摩爾比的設定。這主要是由于不同的催化劑活性歲需要的NH3和NOx的摩爾比也不同，在超出此摩爾比范圍時會造成還原劑的浪費以及泄漏量的增加，而如果低于此摩爾比范圍則會導致反應不完全的問題。此外，導致NH3和NOx無法充分反應的因素還有NH3與煙氣沒有均勻混合的原因，此時還會導致NOx泄漏量的增加。這就需要在此系統中對噴嘴格柵進行合理應用，提供足夠長的通道來進行NH3與廢氣的均勻混合。

5結語

在目前的電廠中開始逐漸普及SCR煙氣脫硝技術的同時，其對于治理電廠煙氣污染問題表現出顯著的優勢，但是在此系統的運行中，對其運行方式以及參數控制一直是系統運行中的短板。為了本文針對SCR脫硝系統的起動和停止，以及此系統運行中的不同參數控制進行研究，確保此系統的充分反應且避免副產物的產生，防止出現資源浪費以及二次污染，確保SCR脫硝系統的正常和有效運行。

參考文獻

[1]徐思青. SCR煙氣脫硝系統的運行方式及控制[J]. 中國科技縱橫，2017（13）.

[2]劉宇鑫，梁紅雨，李修成，et al. SCR煙氣脫硝噴氨自動控制分析及優化[J]. 吉林電力，2017（1）.

（作者單位：中電（商丘）熱電有限公司）