SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行方式及控制研究

侯培賢 王亞楠

摘要：文章對(duì)目前SCR脫硝系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用現(xiàn)狀和背景進(jìn)行介紹，基于SCR煙氣脫硝的機(jī)理來研究SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行方式以及參數(shù)控制方式，以供參考。

關(guān)鍵詞：SCR煙氣脫硝系統(tǒng)；運(yùn)行方式；參數(shù)控制

1引言

在目前我國社會(huì)用電負(fù)荷在不斷增加的同時(shí)，我國的電廠規(guī)模也在不斷擴(kuò)大且裝機(jī)容量與機(jī)組參數(shù)也在不斷提高，但是與此同時(shí)，發(fā)電企業(yè)中的能耗也在不斷增加，并增加了環(huán)境污染物的排放。因此在目前的火電廠中已經(jīng)開始普及應(yīng)用煙氣脫硫技術(shù)來針對(duì)煙氣中的NOx進(jìn)行治理。為了滿足國家相關(guān)部門對(duì)發(fā)電企業(yè)的NOx最高排放濃度的標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，還要進(jìn)行煙氣脫硝裝置空間的預(yù)留，同時(shí)在目前的發(fā)電企業(yè)中開始進(jìn)行煙氣脫硝裝置的逐漸配置。在目前的電廠中針對(duì)NOx進(jìn)行控制的方法就是在燃燒之前對(duì)燃料進(jìn)行脫氮，然后在燃燒過程中對(duì)燃燒方式進(jìn)行改進(jìn)，且在生產(chǎn)工藝中采取脫硝措施，最后就是進(jìn)行煙氣脫硝的方式。其中第二種方式已經(jīng)在發(fā)電企業(yè)中普及應(yīng)用，但是由于由于這種方法的應(yīng)用會(huì)使得燃燒效率的降低以及對(duì)不完全燃燒損失進(jìn)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(yīng)用比較廣泛。但是由于此方法在我國目前的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)比較缺乏，因此，本文針對(duì)此方法的運(yùn)行方式以及參數(shù)控制方式進(jìn)行研究。

2 SCR煙氣脫硝的機(jī)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(shí)進(jìn)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?dú)夂退M(jìn)行轉(zhuǎn)換。在此方法的應(yīng)用中所使用的氨主要為液態(tài)無水氨或者是氨的水溶液，在將氨蒸發(fā)之后將其與稀釋空氣或者煙氣進(jìn)行混合，并通過分配格柵向SCR反應(yīng)器上游的煙氣噴入。

由于上述副反應(yīng)的產(chǎn)物也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因此在上述過程中需要對(duì)合適的催化劑進(jìn)行選擇并且對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)對(duì)上述副反應(yīng)產(chǎn)物的避免。此外，上述進(jìn)行NOx脫出的效率會(huì)受到催化劑的性質(zhì)、NH3與NOx的化學(xué)計(jì)量比、煙氣中的氧氣濃度、煙氣流速以及反應(yīng)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(tǒng)的運(yùn)行方式

3.1 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的起動(dòng)

如果電廠中的SCR煙氣脫硝系統(tǒng)沒有進(jìn)行旁路的設(shè)置，可以在鍋爐起動(dòng)時(shí)同時(shí)進(jìn)行起動(dòng)，但是需要在起動(dòng)之前在進(jìn)行鍋爐的預(yù)通風(fēng)過程中對(duì)催化劑進(jìn)行預(yù)加熱。如果二者都是從冷態(tài)狀況進(jìn)行起動(dòng)，需要控制煙氣的升溫速率在3～4℃/min以下，還要對(duì)SCR反應(yīng)器入口以及出口的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(dòng)氨氣供給系統(tǒng)，通過格柵向SCR反應(yīng)器來進(jìn)行噴氨。此時(shí)此系統(tǒng)的起動(dòng)完成，并需要確保其反應(yīng)區(qū)的溫度控制在400℃以下。

3.2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的停止

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)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(dòng)安全停止三種。首先對(duì)于正常停止來說，需要在鍋爐停運(yùn)之前進(jìn)行催化劑的吹灰，并且保證在鍋爐停止之前的10min進(jìn)行噴氨停止，并且通過手動(dòng)的方式將氨量需求信號(hào)值調(diào)為0。此時(shí)的氨氣噴入管線上的閥門進(jìn)行自動(dòng)關(guān)閉，在10min之后就可以進(jìn)行鍋爐停爐操作。在停爐之后還要一直確保鍋爐處于負(fù)壓狀態(tài)，并且使用引風(fēng)機(jī)來對(duì)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)進(jìn)行吹掃。

其次是對(duì)于鍋爐跳閘后的系統(tǒng)停止來說，在鍋爐跳閘之后的氨量需求信號(hào)值會(huì)自動(dòng)變?yōu)?，此時(shí)同樣也會(huì)將氨管線上的閥門進(jìn)行自動(dòng)關(guān)閉，并且在手動(dòng)將出口NOx含量操作端重新進(jìn)行要求數(shù)值的設(shè)定之后才能再次打開此閥門。在鍋爐跳閘并且停止運(yùn)行之后，通過手動(dòng)關(guān)閉系統(tǒng)來進(jìn)行脫硝系統(tǒng)的關(guān)閉，而且在整個(gè)關(guān)閉系統(tǒng)中不允許打開SCR反應(yīng)器上的人孔或觀測(cè)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(duì)鍋爐進(jìn)行重新起動(dòng)。

最后就是系統(tǒng)的自動(dòng)安全停止。在系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)煙氣溫度超過420℃的情況就會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞催化劑模塊，因此，此時(shí)就需要對(duì)鍋爐進(jìn)行停止，且在還沒有達(dá)到420℃之前，通常在超過390℃時(shí)就需要將噴氨系統(tǒng)停止，并且對(duì)停止SCR煙氣脫硝系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)執(zhí)行來對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。此外，在系統(tǒng)正常運(yùn)行中如果出現(xiàn)溫度降低到310℃以下并保持10min的情況，就會(huì)對(duì)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)進(jìn)行制定停止來對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

4 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的參數(shù)控制

4.1催化劑的活性

在SCR煙氣脫硝系統(tǒng)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(huì)直接決定此系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(xué)失去活性兩種，前者主要就是由于高溫?zé)Y(jié)、磨損以及固體顆粒沉積堵塞引起的。針對(duì)此方法可以通過在SCR反應(yīng)器中進(jìn)行煙氣整流器的設(shè)置等優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來進(jìn)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(duì)此問題可以將聲波吹灰器安裝在反應(yīng)器上，而且嚴(yán)格執(zhí)行吹掃周期在運(yùn)行中進(jìn)行吹掃和輸灰。

4.2反應(yīng)溫度

在此系統(tǒng)中應(yīng)用不同類型的催化劑會(huì)對(duì)最佳反應(yīng)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(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)生，這些副產(chǎn)物本身就會(huì)造成一定的大氣污染，而且可能會(huì)在催化劑的表面附著并對(duì)其通道和微孔進(jìn)行堵塞，這也會(huì)導(dǎo)致催化劑活性的降低。此外，溫度超出其適宜范圍還可能會(huì)導(dǎo)致催化劑通道和微孔的變形，這也會(huì)減少有效通道和面積而導(dǎo)致催化劑活性的降低。目前在SCR脫硝系統(tǒng)中不同的催化劑所對(duì)應(yīng)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(shí)，就會(huì)自動(dòng)保護(hù)并將SCR煙氣脫硝系統(tǒng)停止。

4.3氨氣輸入量和混合

根據(jù)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(duì)其用量進(jìn)行控制的方式就是進(jìn)行NH3和NOx的摩爾比的設(shè)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(shí)會(huì)造成還原劑的浪費(fèi)以及泄漏量的增加，而如果低于此摩爾比范圍則會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)不完全的問題。此外，導(dǎo)致NH3和NOx無法充分反應(yīng)的因素還有NH3與煙氣沒有均勻混合的原因，此時(shí)還會(huì)導(dǎo)致NOx泄漏量的增加。這就需要在此系統(tǒng)中對(duì)噴嘴格柵進(jìn)行合理應(yīng)用，提供足夠長(zhǎng)的通道來進(jìn)行NH3與廢氣的均勻混合。

5結(jié)語

在目前的電廠中開始逐漸普及SCR煙氣脫硝技術(shù)的同時(shí)，其對(duì)于治理電廠煙氣污染問題表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，但是在此系統(tǒng)的運(yùn)行中，對(duì)其運(yùn)行方式以及參數(shù)控制一直是系統(tǒng)運(yùn)行中的短板。為了本文針對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)的起動(dòng)和停止，以及此系統(tǒng)運(yùn)行中的不同參數(shù)控制進(jìn)行研究，確保此系統(tǒng)的充分反應(yīng)且避免副產(chǎn)物的產(chǎn)生，防止出現(xiàn)資源浪費(fèi)以及二次污染，確保SCR脫硝系統(tǒng)的正常和有效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：中電（商丘）熱電有限公司）