火電廠SCR脫硝系統故障及處理探討

張胤 李建軍

摘 要

隨著社會經濟的高速發展，我國氮氧化物的排放量越來越多，已經成為重要的污染物。火電廠使氮氧化物排放的主要場所，國家環保部門要完善質量監督檢驗，制定排放標準。因此，火電廠應該改造脫硝系統，完善脫硝系統的故障處理。

關鍵詞

脫硝系統;氮氧化物;運行

中圖分類號： X701 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.042

隨著社會經濟的高速發展，我國氮氧化物的排放量一直非常高。氮氧化物是酸雨形成的主要成分，酸雨對人們的生活和工作產生很大的危害。因此，我國應該完善氮氧化物排放量的控制，改善人們的生活環境。火電廠應該改進自身的脫硝系統，有效的控制氮氧化物的排放量。

1 氨氣導致SCR脫硝系統故障及解決辦法

1.1 氨氣導致SCR系統故障

在SCR中，還原劑被注入催化劑上游的煙氣中。典型的工業釩鈦催化劑在300～450℃的溫度窗口下工作，接近方程式（1）和（4）中的摩爾比1：1。為了獲得良好的NOx去除效果，NH3與煙氣的適當混合是必不可少的。氨在噴射前用空氣稀釋，并通過噴嘴系統引入煙氣流。為了獲得更均勻的煙氣/氨混合物，可以在注入點和SCR催化劑之間放置一個靜態混合器。NH3/NOx比值越大，NOx去除率越高，但未反應氨的量可以顯著增加。SCR是基于直接向鍋爐燃燒室噴射試劑，NOx的減少與溫度密切相關，溫度窗口在800～1100℃之間。在這個范圍以上，氨被氧化，氮氧化物形成。低于此范圍時，反應速度受到抑制，煙氣中存在未反應的氨。太小的液滴會迅速蒸發，并根據方程式（6）進行反應，從而提升整體脫硝效率。另一方面，大的液滴會導致氨在低于最佳窗口的溫度下發生反應，從而導致NH3滑移增加。

含有酸性污染物和氨的煙氣（氣態的，或以鹽的形式吸附在飛灰上）然后與SCR中的吸收漿液接觸，通過改善灰分形成條件，確保脫硝系統運行環節中氨氣與二氧化硫直接與水反應，及時收集硫酸銨和亞硫酸銨氣體，有效的降低氮氧氣體的排放。

2 脫硝溫度導致SCR系統故障

2.1 故障分析

我國現有的脫硝催化劑的應用溫度一般在320℃，不能在很高的溫度下長期使用。大多數SCR設備的廠家在安裝和使用說明中明確提出工作溫度應該控制在300～320℃。目前火電廠機組的運行負荷在60%以下時，不能實現320℃催化劑運行溫度。

2.2 解決辦法

在解決催化劑使用溫度中，可以采用層狀雙氫氧化物。層狀雙氫氧化物是指具有與陽離子粘土礦物相似的物理化學性質的“非硅酸鹽氧化物和氫氧化物”。由于LDHs的化學組成、層狀結構和離子交換性能的多樣性，其材料常被稱為“粘土類礦物材料”。然而，與層狀硅酸鹽陽離子粘土相比，LDHs具有陰離子交換性質。因此，它們被定義為陰離子粘土，以天然水滑石為代表。該材料具有三層重復的菱形晶系。其化學式，Mg6Al2（OH）16CO3·4H2O是合成LDHs的基礎，其一般符號如下：

[MII1-xMIIIx（OH）2]x+ Az-x/z ·nH2O （1）

其中，MII和MIII是二價和三價陽離子，A-層間陰離子和x-陽離子的摩爾比MII和MIII（通常x在0.15和0.34左右振蕩）。LDHs的結構來源于水鎂石Mg（OH）2，它由OH-離子緊密堆積而成，每兩層都有八面體位置被Mg2+占據。在乳酸脫氫酶中，Mg2+離子的一部分是被離子Al3+取代。交換產生了層間過多的正電荷，其補償是通過引入層間陰離子A-。除了陰離子，層間空間被水分子占據。類水滑石材料在催化應用中非常有吸引力，特別是由于層間陰離子可以很容易地交換，從而獲得具有所需催化性能的材料。因此，將多種陰離子插層到LDHs中具有重要的催化應用價值。超過400℃的乳酸脫氫酶被熱分解成混合金屬氧化物或尖晶石，具有相當大的比表面積和引入的化學成分性質的均勻分布，從而確保脫硝催化劑可以在320℃的條件下使用。

要獲得純LDHs相，必須采取一些具體的預防措施，最重要的是pH值的控制和避免與大氣中的CO2接觸，這會導致雜質沉淀和CO2-ions21的污染。最常見的制備LDHs的方法是在可變或恒定pH值下共沉淀。在恒定pH值下合成時獲得純且化學均勻的材料，共沉淀pH值對LDHs的化學、結構和結構性能的影響。實際上，共沉淀是基于向含有MII和MII鹽混合物的溶液中添加堿溶液，當pH值保持恒定時，同時加入NaOH、KOH或NH3。雖然這種LDHs的制備路線相對簡單且所得材料重復，但有時它受到金屬鹽（例如氧化層）的競爭沉淀的限制。合成乳酸脫氫酶的另一種方法是溶膠-凝膠法，它涉及金屬醇鹽的水解，通過沉淀的方式制作催化劑，這類催化劑可以在較低的溫度下使用。這種方法比共沉淀法成本低廉，可以獲得比表面積增大、熱穩定性更高的催化劑。此外，加熱到一定溫度（通常在350～450℃之間）會導致混合金屬氧化物的形成。通過熱分解獲得的混合金屬氧化物在暴露于水溶液中時具有保持層結構的獨特能力。這些改性主要是由于對組織和結構參數的控制，合成過程中使用的微波增加了材料的孔隙率和比表面積，而高溫下的超聲波輻射或水熱反應則提高了材料的結晶度。水鎂石類層狀LDHs中可以引入多種陽離子。交換的唯一條件是八面體配位半徑接近MgII或AlIII。因此，Mg2+和Al3+可以被二價物（如Cu2+，Ni2+、Co2+、Zn2+和三價（如Ga3+、Fe3+、Cr3+、V3+、Ru3+、Rh3+）陽離子，另一個關鍵因素是保持適當的二價和三價金屬摩爾比，以避免八面體結構的變形。另外，一些四價陽離子如Ti4+、Zr4+或Sn4+可以與水鎂石相結合，與二價和三價金屬形成多金屬陽離子。通過改性的方式，催化劑的性能更加完善，可以在320℃以下使用，有效的提升了SCR脫硝系統的脫硝效率。

3 結語

近年來，火電廠開始大量采用SCR脫硝系統，有效的降低氮氧排放量。然而，在SCR脫硝系統應用中，催化劑要在高溫下使用，并且還容易產生氨氣逃逸等問題，因此，在SCR脫硝系統應用環節中，應該充分采用化學反應，從而改善催化劑的使用條件。通過氧化還原反應，將氨氣轉化成其他的氣體收集，從而有效的防止氨氣逃逸問題。

參考文獻

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