燃煤機組SCR脫硝超低排放改造的技術研究

韓 松，李凱華

(1.西安航天動力研究所，陜西 西安 710100；2.西安航天源動力工程有限公司，陜西 西安 710100)

煙氣SCR脫硝工藝是目前燃煤鍋爐煙氣NOx減排的主要技術之一，該技術在整個火電領域脫硝方面占有絕對主導地位。近年來，隨著燃煤電廠超低排放期限的到來，部分企業將面臨著新一輪NOx超低排放改造需求。筆者通過調研多個NOx超低排放改造項目，發現部分企業對于NOx超低排放改造的重視程度不夠，簡單地認為“SCR技術本身較為成熟，改造很簡單”，他們傾向于通過“添加備用層催化劑的方式[1](常規SCR設計中通常預留一層催化劑的安裝空間)”實現超低排放的目的。通過分析發現該種現象主要由以下幾大認知誤區引起的。

存在僥幸心理。一些電廠為了節約改造成本，脫硝超低排放改造工程一拖再拖，且抱有僥幸心理：他們往往選擇在最終期限來臨之前，將排放指標要求和改造時間節點的壓力轉嫁給環保公司，期望以最少的投資獲得滿足超低排放改造要求的結果。殊不知，這種僥幸心理極有可能出現“不能按期完成改造或者改造后不能達標”的窘況。要知道隨著SCR排放要求進一步提高，脫硝系統的設計理念和控制精度是有質的飛躍，其改造難度非常大。

對SCR系統認識不深刻，低估超低改造的工作量。常規排放的SCR項目中多數采用“2+1”的建設模式，即第一批安裝的催化劑運行一段時間，催化劑因煙塵中的重金屬沉積、粉塵顆粒磨損等問題極易出現催化活性不斷降低(未完全失去活性)的情況。其催化活性降至一定程度后，在備用層添加第二批新催化劑以保證脫硝效率，同樣地，一定時間后，可將第一批催化劑拆除，更換為第三批新催化劑，以此類推，可最大程度地延長每一批次催化劑的使用壽命。SCR選用“2+1”模式主要目的是在于盡可能延長催化劑使用時長，降低企業運行成本。顯然，僅采用在增加備用層催化劑的方式，將會縮短催化劑使用壽命(提前淘汰舊催化劑，更換新催化劑)。另外，不對整體供氨能力、氨分布器、催化劑活性等設施或設備進行對應核算，僅簡單地增加備用層催化劑是無法達到超低排放的。

不可否認，SCR加裝備用層催化劑的脫硝改造方法不失為一種提效思路，某些情況下，改造后短期內排放口NOx濃度有所降低。然而實際情況往往比較復雜，因此需要綜合考慮多種因素后確定改造方案。筆者為了確保改造后的脫硝系統可以長期高效穩定達標運行，通過分析多個項目形成以下幾點建議，希望可以為SCR超低排放改造提供一些思路。

1 SCR反應器前、后煙氣參數的測試

在實際生產過程中，存在因鍋爐本身的局部改造或者燃燒煤種、工作負荷等變化，其運行數據偏離原設計值的現象。在脫硝超低改造設計階段，若僅憑早期的鍋爐設計資料，不進行現場參數測試極易出現改造失敗的局面。為更好的滿足脫硝超低排放要求，建議正式改造前，采用合適測試位置和科學測試方法實測SCR脫硝設備的運行參數，如煙氣體積流量、煙氣溫度、灰塵濃度、NOx濃度、O2濃度、SOx濃度。此外，SCR反應器前后煙氣參數的測試可以獲取現有系統的脫硝效果，有利于隨后超低排放改造方案的確定和對改造效果的評估。

2 現有催化劑活性的測試

兩層新裝催化劑的總脫硝效率可達75%～84%，但考慮到現有SCR催化劑存在堵塞、偏流、中毒或磨損等現象引起的催化活性降低等情況，實際操作過程中除了對進出口NOx數據的在線檢測外，還需對現有催化劑進行取樣并做催化活性測試，以便于核算催化劑的更換頻率和新增催化劑的加裝量。

3 加強流場的均布性[2-3]

流場均布性的優化有利于煙氣在SCR反應器橫截面均勻分布，避免局部出現煙氣流速過高導致氨逃逸、NOx超標、局部催化劑磨損加劇等現象以及局部煙氣流速過低導致催化劑局部積灰等問題。以上任何一項均不利于排放口NOx的超低排放。考慮到目前難以對已有的SCR反應器進行大規模改造，建議綜合借助CFD流場模擬和現場檢測等手段指導反應器內部導流部件的優化。

4 降低氨逃逸量

氨作為SCR脫硝還原劑，在SCR脫硝反應中往往存在通過犧牲氨耗量來達到超低排放要求的運行模式，這種模式顯然增加了氨的逃逸量。雖然行業內普遍認識到這是一種不合理的運行模式，但受既有SCR反應器內氨的均布情況和混合效果的限制以及經濟成本的制約，工程界很少進行更加深入的實驗與工程測試。近年來，越來越多的專家提出逃逸的氨不比NOx危險小的觀點，他們給出的依據之一是氨逃逸容易造成空氣預熱器堵塞，影響鍋爐系統安全運行[4]，因此未來的氨逃逸在線監控將成為SCR超低排放效果評價指標之一。從減少氨逃逸操作可行性上講，確保氨在噴射橫截面的均勻噴射、氨/煙氣均勻混合、氨在SCR催化劑表面快速反應、煙氣在SCR橫截面的均勻分布成為控制氨逃逸、提高SCR脫硝效能的必然手段。因此，本文認為為了達到降低氨逃逸的目的，改造過程需對現有的供氨、噴氨的設備、管線、儀表等進行多維度校核和優化，必要時候也可采取局部改造的措施。

5 個性化設計吹灰系統[5-6]

SCR催化劑布置在含高濃度灰塵環境下，經常出現嚴重地磨損、堵塞等問題。分析該現象的原因發現煙氣量一定的情況下，催化劑運行過程中出現流通截面積堵塞現象，該現象極易導致空床流速劇增，此時煙氣攜帶的大量灰塵(表面硬度較大)顆粒會加劇催化劑的磨損。因此，正式實施改造前需實地檢查SCR反應器內部的積灰和磨損情況并評估現有配套吹灰系統的運行效果，若存在明顯地積灰，則需在改造過程中設置個性化吹灰系統，如調整吹灰頻率、吹灰類型、吹灰器設計位置，達到減少積灰的目的。

實際項目中，個別企業對SCR脫硝超低排放改造持有消極態度，他們認為SCR超低排放改造工程屬于加大環保投資且沒有經濟效益回報的項目，這一認識與筆者觀點不同。筆者通過對比多個企業超低改造案例后發現，SCR不但具備社會效益還具備一定的經濟價值。一方面SCR超低排放改造符合國家環保要求，因此具備一定的社會效益；另一方面，SCR超低排放改造是全面檢查3～5年前投運的脫硝工藝和解決遺留問題、運行故障診斷的最佳機會，因此具備較高的經濟價值。從另外一個方向分析，3 ～5年前受環保政策影響，很多企業在較短時間內完成了SCR脫硝工程的建成和投產。由于當時環保項目上馬較多，同時環保企業魚目混雜，對脫硝工藝消化吸收差異較大，造成建設的脫硝系統質量良莠不齊。同時，這些年SCR技術不斷進步，不得不說脫硝超低排放改造既是大勢所趨，也是查漏補缺、二次提效的絕佳機會。

6 結論

SCR脫硝超低排放改造絕不是簡單的增加備用層催化劑，而需系統地診斷現有SCR脫硝系統，全方位核算現有SCR脫硝設計參數，升級改造現有SCR工藝設備，以滿足全時段NOx超低排放要求。從操作角度分析，SCR脫硝超低排放改造需要在充分了解脫硝系統運行及設計原理的基礎上給出改造方案，可借助煙氣參數測試、催化劑活性檢測等手段確定改造思路，另外通過加強對脫硝流場和吹灰系統來提高脫硝效率，達到降低氨逃逸和系統壓降的目的，從而在實現超低改造的同時還能“節能降耗”。