脫硝系統噴氨優化調節技術

張恒 潘春暉

摘 要：隨著火電廠最新大氣污染排放標準的頒布及煤電節能減排升級與改造行動計劃的實施，燃煤電廠必須更加嚴格地控制煙氣中NOx的排放量。選擇性催化還原（SCR）脫硝技術因脫硝效率高且運行穩定可靠，而被廣泛應用于燃煤電廠。脫硝效率和氨氣逃逸率是衡量SCR脫硝系統運行是否良好的重要依據。

關鍵詞：脫硝系統;噴氨優化

1 前言

SCR脫硝系統是在一定溫度范圍內，在催化劑的作用下實現還原劑（氨）對煙氣NOx的脫除反應，副產物為N2和H2O. SCR脫硝系統中的噴氨格柵可促使氨氣和煙氣在進入SCR反應器前充分混合。噴氨不均會降低脫硝性能，噴氨過量時氨逃逸量會增大，形成的硫酸氫氨等物質易造成空氣預熱器堵塞和冷段腐蝕，噴氨不足時會降低脫硝效率。

2 噴氨格柵對脫硝運行的影響

噴氨格柵技術作為目前SCR脫硝噴氨應用最多的技術，其噴氨效果決定了催化劑層氨氮分布情況，直接影響脫硝系統的反應效果。

通常所說的噴氨不均，準確地說，指的是噴氨格柵供氨后煙氣中的氨氮摩爾比分配不均，即脫硝系統各反應區域的氨量未按預期的氨氮摩爾比進行分配，而不是噴氨量的分配不均。只有在煙氣流場及NOx濃度場絕對均勻的情況下，才要求噴氨量的均勻分配。在實際工況下，由于催化劑層各個位置流速不同、NO2濃度不同、催化劑實際性能不同，導致實際需要脫除的NOx量以及處理能力不同，進而實際氨需用量也不盡一致。脫硝運行中，實際噴氨量與氨需用量的不匹配，是導致局部噴氨過量、氨逃逸高、NOx濃度場不均等問題的主要原因。

噴氨過量造成脫硝效率過高，使得出口NOx濃度出現極低值，同時未能參與反應的氨形成大量氨逃逸，進而引發空預器腐蝕堵塞問題;噴氨不足則導致脫硝效率低，出口NOx濃度偏高，易導致排放濃度超標。

由于脫硝系統對NOx濃度、氨逃逸濃度的監測絕大部分采用單點測量方式，因此在噴氨不均的情況下，極易出現監測數據與實際反應狀況不一致的現象，主要體現為脫硝出口與總排口NOx濃度差異大、噴氨量與脫硝效率不匹配、氨逃逸數據低而空預器堵塞嚴重等情況，嚴重影響運行人員對脫硝運行狀態的判斷及調整。

3 噴氨格柵運行中存在的問題

3.1試運階段未進行優化調整

脫硝裝置投運前，應調整各噴氨支管閥門的開度，保證各噴嘴處噴氨量與NOx濃度匹配，以免造成局部噴氨過量或不足，而實際上很多脫硝設施在試運時未做噴氨格柵優化調整試驗，通常將各閥門保持在同一開度（一般為最大開度），目的是保證各閥門噴氨流量相同（實際上由于氨輸送壓力在距離上的變化，不同位置的噴氨閥門盡管開度一致，流量也會有所差異），但由于煙氣流場、NOx濃度場的不均勻性，這種設置是明顯不合理的，易導致脫硝運行一段時間后即出現空預器堵塞等問題。

3.2噴氨格柵堵塞

為了獲得較理想的混氨效果，噴氨格柵的噴嘴往往設計的數量較多且噴嘴口徑較小，當供氨閥門長期保持低開度運行時支管流量過低，易發生噴氨格柵噴嘴堵塞的情況。堵塞物質的來源包括低煙溫時產生的硫酸氫鉸、煙氣或高溫稀釋風攜帶的粉塵、尿素熱解產生的中間產物和未熱解的尿素結晶等。噴嘴堵塞將嚴重影響氨氮摩爾比的分布，進而導致脫硝效率不均。

3.3脫硝兩側反應器供氨量不合理

在兩側脫硝反應器入口NOx濃度、煙氣量等存在或發生顯著差異時，兩側反應器供氨量未能作合理調整，依然采取平均分配的方式或維持原狀，導致單側反應器供氨不足或過量的情況發生，長時間運行下，將造成兩側反應器內催化劑壽命的較大差異，并加劇供氨過量側空預器的堵塞情況。

3.4噴氨格柵閥門腐蝕銹死無法調節

部分電廠噴氨格柵閥門疏于維護，腐蝕銹死，導致進行噴氨格柵優化調整時無法對個別區域的噴氨量進行調整，影響噴氨格柵優化調整的效果。

4 噴氨格柵優化調整

4.1調整前準備工作

噴氨格柵優化調整需要在熱態下進行，因此在開展此項工作前，建議利用機組檢修時間對脫硝系統設備進行消缺處理，保證脫硝系統各設備處于良好的運行狀態，以維持優化效果的長期穩定。一是要對噴氨格柵堵塞的部位進行清理，更換損壞的噴嘴，保證供氨順暢;二是檢查各噴氨閥門是否完好可用，保證試驗時能進行有效調節;三是清理脫硝系統積灰，尤其是催化劑層的積灰，以恢復催化劑比表面積;四是檢查內部催化劑情況，對催化劑層異常部位進行標記（包括嚴重磨損、塌陷、燒結等情況），建議更換失效的催化劑模塊，以保證反應效果;五是要求優化調整時，脫硝噴氨由自動控制切換為手動控制方式，避免較大的噴氨量波動，以免影響對出口NOx濃度場測試的準確性，避免誤導調整方向;六是提前向環保部門及上級單位通報試驗時段，匯報調整試驗可能造成NOx超標的情況，獲得環保部門及上級單位的試驗許可并進行備案。

4.2噴氨格柵優化調整試驗方法

通常在鍋爐常運負荷及滿負荷工況下進行噴氨格柵的優化調整，以脫硝出、入口NOx濃度場數據、脫硝出口氨逃逸分布數據為基礎，根據流場情況及噴氨格柵煙道內部的布置形式，判斷不同區域噴氨過量情況及其對應的噴氨閥門，通過多次調整閥門開度，降低噴氨過量區域的噴氨量，增加噴氨不足區域的噴氨量，實現對濃度場的調整，以脫硝出口NOx濃度場的不均勻度為調整效果的評判標準，并在不同工況下進行調整效果的校驗。

4.3超低排放濃度下出口NOx均勻性指標控制

需要注意的是，超低排放改造后NOx排放質量濃度控制較低（50mg/Nm3），且針對瞬時超標的管控愈加嚴格，由于脫硝系統易受鍋爐運行工況波動影響，經常發生NOx濃度超標現象，為確保不發生超標情況，實際上很多發電企業的脫硝系統將NOx濃度控制在很低的水平，通常在20mg/Nm3左右甚至更低。一方面極易造成過噴氨而導致氨耗量、氨逃逸增加，另一方面，如此低的濃度范圍，各點NOx濃度差較小，通常在100mg/Nm3左右，其數據較小的變化都會對不均勻度造成較大影響，調整工作難度極大。此種情況下，以控制NOx濃度偏差為調整目標的方式相對于控制NOx濃度不均勻度更為合理，建議調整時控制NOx質量濃度偏差在士5mg/Nm3左右。

5 結束語

脫硝系統反應效果對運行工況、煙氣參數波動的耐受能力較除塵、脫硫系統差，因此對脫硝系統運行控制水平要求較高，定期地噴氨格柵優化調整，通過調節各個噴氨支管的噴氨量，使NH3和NO混合更均勻、氨氮摩爾比分布更合理。一般建議脫硝機組噴氨格柵優化調整的頻次為每年一次，可根據機組運行情況適當增加優化頻次，可以在很大程度上提高脫硝系統運行的穩定性。

參考文獻

[1]關于SCR脫硝催化劑失活及其原因分析[J].張玲.化工設計通訊.2017（02）

[2]煙氣脫硝工程中SCR反應器的質量控制[J].黃佩琴.化工管理.2017（31）