330MW燃煤電廠SCR 技術(shù)的應(yīng)用研究

向 上，向賢兵

(重慶電力高等專(zhuān)科學(xué)校，重慶400053)

0 前言

目前，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)以燃煤電廠為主，煤炭的燃燒導(dǎo)致大量NOx的產(chǎn)生。NOx是大氣主要污染物之一，是造成酸雨和光化學(xué)煙霧的主要因素，所以必須控制NOx的產(chǎn)生與排放。煙氣脫硝是目前發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用的減少NOx排放的方法，具有很高的脫除效率，應(yīng)用較多的是選擇性催化還原法(SCR)［1］。

1 SCR技術(shù)參數(shù)

該機(jī)組SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 SCR 脫硝系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 SCR系統(tǒng)

2.1 主要工藝流程

公用系統(tǒng)制備的氨氣輸送至爐前，通過(guò)混合器與稀釋風(fēng)機(jī)送來(lái)的空氣混合成氨氣體積分?jǐn)?shù)約為5%的混合氣體，通過(guò)噴氨格柵的噴嘴噴入煙氣中。氨氣通過(guò)煙道內(nèi)的渦流混合器與煙氣進(jìn)行充分、均勻的混合后進(jìn)入反應(yīng)器，在催化劑的作用下，氨氣與煙氣中的NOx反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，從而達(dá)到除去NOx的目的。氨氣的噴入量應(yīng)根據(jù)出口濃度及脫硝效率進(jìn)行調(diào)節(jié)，噴氨量少會(huì)使脫硝效率過(guò)低，過(guò)大容易導(dǎo)致氨逃逸率上升。

脫硝系統(tǒng)的反應(yīng)器是布置在省煤器與空氣預(yù)熱器之間，鍋爐燃燒產(chǎn)生的飛灰將流經(jīng)反應(yīng)器。為防止反應(yīng)器積灰，每層反應(yīng)器入口布置有吹灰器，通過(guò)吹灰器的定期吹掃來(lái)清除催化劑上的積灰。

公用系統(tǒng)氨氣的制備過(guò)程實(shí)際上是液氨的氣化過(guò)程，液氨存儲(chǔ)在液氨儲(chǔ)罐中，引自機(jī)組的蒸汽通過(guò)氨站蒸發(fā)器的加熱器對(duì)液氨進(jìn)行加熱;液氨受熱蒸發(fā)氣化成氨氣，通過(guò)蒸發(fā)器后的調(diào)節(jié)閥可控制緩沖罐內(nèi)的壓力;蒸發(fā)器內(nèi)的壓力和溫度可通過(guò)調(diào)節(jié)液氨調(diào)節(jié)門(mén)和蒸汽調(diào)節(jié)門(mén)來(lái)控制。

2.2 SCR系統(tǒng)工作原理

SCR脫硝系統(tǒng)主要包括:

(1)煙氣系統(tǒng);

(2)SCR反應(yīng)器;

(3)催化劑的吹灰系統(tǒng);

(4)液氨的存儲(chǔ)和卸料系統(tǒng);

(5)液氨的蒸發(fā)系統(tǒng);

(6)氨的空氣稀釋和噴射系統(tǒng);

圖1 SCR系統(tǒng)組成

(7)煙氣取樣系統(tǒng);

(8)工業(yè)水系統(tǒng)。

SCR系統(tǒng)的主要組成見(jiàn)圖1。

SCR煙氣脫硝控制系統(tǒng)利用固定的NH3/NOx摩爾比來(lái)提供所需要的氨氣流量，進(jìn)口NOx濃度和煙氣流量乘積產(chǎn)生NOx流量信號(hào)，此信號(hào)乘上所需NH3/NOx摩爾比就是基本氨氣流量信號(hào)。一般NH3/NOx摩爾比設(shè)為0.75～1.03，摩爾比太低脫硝效率過(guò)低;摩爾比太高，脫硝效率增長(zhǎng)不明顯，反而會(huì)使副反應(yīng)速度增大及氨逃逸率上升。氨氣流量可依溫度和壓力修正系數(shù)進(jìn)行修正。從煙氣側(cè)獲得的NOx信號(hào)具有計(jì)算所需氨氣流量的功能。控制器利用氨氣流量控制所需氨氣，使摩爾比維持固定。

脫硝系統(tǒng)有兩種控制方式:根據(jù)出口煙氣NOx含量控制噴氨量;根據(jù)脫硝效率控制噴氨量。這兩種控制方式都是用NOx含量作為反饋信號(hào)參與調(diào)節(jié)。

出口煙氣NOx含量控制方式是將反應(yīng)后的煙氣中NOx含量引入控制環(huán)節(jié)，根據(jù)此數(shù)值的變化來(lái)改變進(jìn)氨調(diào)節(jié)門(mén)的開(kāi)度，從而改變噴氨量，以使排放煙氣中NOx低于環(huán)保要求的數(shù)據(jù)。

脫硝效率控制是將反應(yīng)后的煙氣中NOx含量與反應(yīng)前比較得出的效率引入控制環(huán)節(jié)，根據(jù)此數(shù)值的變化來(lái)改變進(jìn)氨調(diào)節(jié)門(mén)的開(kāi)度，從而改變噴氨量。

脫硝效率不宜太高和太低，太高會(huì)造成剩余NH3過(guò)多，反而產(chǎn)生另一反應(yīng)，生成粘性大的銨鹽粘結(jié)在催化劑和鍋爐尾部的受熱面上，影響鍋爐運(yùn)行［2］。

3 影響脫硝效率的因素

3.1 反應(yīng)溫度的影響

反應(yīng)溫度對(duì)脫硝率有較大的影響，如圖2所示。從反應(yīng)曲線(xiàn)圖2可以看出:在100℃ ～300℃內(nèi)(低溫催化劑)和在300℃ ～400℃內(nèi)(中溫催化劑)，隨著反應(yīng)溫度的升高，脫硝率逐漸增加，升至400℃時(shí)，中溫催化劑脫硝率達(dá)到最大值(90%)，隨后脫硝率隨溫度的升高而下降。這主要是由于在SCR過(guò)程中溫度的影響存在2種趨勢(shì):一方面溫度升高時(shí)脫硝反應(yīng)速率增加，脫硝率升高;另一方面隨溫度升高，NH3氧化反應(yīng)加劇，使脫硝率下降。因此，最佳溫度是這兩種趨勢(shì)對(duì)立統(tǒng)一的結(jié)果［3］。

圖2 反應(yīng)溫度與脫硝效率的關(guān)系

脫硝反應(yīng)一般在310℃ ～430℃范圍內(nèi)進(jìn)行，此時(shí)催化劑活性最大。所以，將SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間。

必須注意的是，催化劑能夠長(zhǎng)期承受的溫度不得高于430℃，短期承受的溫度不得高于450℃，超過(guò)該限值，會(huì)導(dǎo)致催化劑燒結(jié)。

3.2 物質(zhì)的量比n(NH3)/n(NOx)的影響

物質(zhì)的量比n(NH3)/n(NOx)對(duì)脫硝效率的影響如圖3所示。

圖3 物質(zhì)的量比對(duì)脫硝效率的影響

在300℃下，脫硝率隨n(NH3)/n(NOx)的增加而增加，n(NH3)/n(NOx)小于0.8時(shí)，其影響更明顯，幾乎呈線(xiàn)性正比關(guān)系。該結(jié)果說(shuō)明:若NH3投入量偏低，脫硝率受到限制;若NH3投入量超過(guò)需要量，NH3氧化等副反應(yīng)的反應(yīng)速率將增大，如SO2氧化生成SO3，在低溫條件下SO3與過(guò)量的氨反應(yīng)生成NH4HSO4。NH4HSO4會(huì)附著在催化劑或空預(yù)器冷段換熱元件表面上，繼而沉積造成催化劑和空預(yù)器的堵塞，使催化劑失活。另外，硫酸氫銨具有腐蝕性，會(huì)造成空氣預(yù)熱器的腐蝕。

氨的過(guò)量和逃逸取決于物質(zhì)的量比n(NH3)/n(NOx)、工況條件和催化劑的活性用量(工程設(shè)計(jì)氨逃逸率不大于2.5mg/m3，SO2氧化生成SO3的轉(zhuǎn)化率小于1%)。氨的逃逸率增加，在降低脫硝率的同時(shí)，也增加了凈化煙氣中未轉(zhuǎn)化NH3的排放濃度，進(jìn)而造成二次污染。

3.3 接觸時(shí)間對(duì)脫硝率的影響

300℃溫度和物質(zhì)的量比n(NH3)/n(NOx)為1時(shí)接觸時(shí)間對(duì)脫硝效率的影響如圖4所示。

圖4 接觸時(shí)間對(duì)脫硝率的影響

在300℃溫度和物質(zhì)的量比 n(NH3)/n(NOx)為1的條件下，脫硝率隨反應(yīng)氣體與催化劑的接觸時(shí)間t的增加而迅速增加;t增至200ms左右時(shí)，脫硝率達(dá)到最大值，隨后脫硝率下降。這主要是由于反應(yīng)氣體與催化劑的接觸時(shí)間增加，有利于反應(yīng)氣體在催化劑微孔內(nèi)的擴(kuò)散、吸附、反應(yīng)和產(chǎn)物氣的解吸、擴(kuò)散，從而使脫硝率提高;但若接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，NH3氧化反應(yīng)開(kāi)始發(fā)生，使脫硝率下降。

3.4 催化劑中V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)脫硝率的影響

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，催化劑中V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于6.6%時(shí)，隨著V2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，催化效率增加，脫硝率提高;當(dāng)V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)6.6%時(shí)，催化效率反而下降。這主要是由于V2O5在載體TiO2上的分布不同造成的。當(dāng)V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.4% ～4.5%時(shí)，V2O5均勻分布于TiO2載體上，且以等軸聚合的V基形式存在;當(dāng)V2O5的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.6%時(shí)，V2O5在載體TiO2上形成新的結(jié)晶區(qū)(V2O5結(jié)晶區(qū))，從而降低了催化劑的活性。

4 結(jié)論

針對(duì)機(jī)組的實(shí)際情況，選用節(jié)距為8.2mm的蜂窩式催化劑，可以避免催化劑在運(yùn)行中產(chǎn)生堵塞。本工程從投運(yùn)至今，已經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)脫硝效率可達(dá)80%，達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)。SCR脫硝工藝被證明是目前脫硝效率最高、最為成熟的脫硝技術(shù)。

［1］ 程慧，解勇剛，朱國(guó)榮.火電廠煙氣脫硝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)［J］.浙江電力，2005，(3).

［2］ 郭東明.硫氮污染物防治工程技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［3］ 何根然.燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)科技文化出版社，2001.