燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝調(diào)整優(yōu)化

王丁

摘 要：隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、節(jié)能減排戰(zhàn)略的提出，越來越多的企業(yè)開始調(diào)整自身的生產(chǎn)方法和發(fā)展方式以適應(yīng)發(fā)展的需要。氮氧化合物作為燃煤發(fā)電廠的主要污染物之一，同時也是造成酸雨的主要因素，嚴(yán)重危害人身健康，如何降低硝化物排放成為煤電的焦點。本文將從燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝技術(shù)實際應(yīng)用情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)問題并提出相應(yīng)的調(diào)整優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠脫硝技術(shù)；現(xiàn)狀；問題；優(yōu)化建議

中圖分類號：X773 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0168-01

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，電力行業(yè)隨之迅速發(fā)展，鑒于我國煤炭資源豐富，且火力發(fā)電技術(shù)比較簡單、成本較低，火力發(fā)電廠在我國遍布，隨之帶來了大量污染物的排放，火電發(fā)電行業(yè)現(xiàn)階段對于氮氧化合物污染物的處理有兩種工藝，分別是選擇性催化還原技術(shù)（SCR）、選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR），這兩種技術(shù)只因為有無催化劑的使用，使得兩者反應(yīng)溫度存在一定的差距不同。

1 燃煤發(fā)電脫硝技術(shù)工藝介紹

1.1 選擇性還原技術(shù)（SCR）

SCR工藝是目前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，它是一種爐后脫硝方法，二十世紀(jì)中后期最先在日本運用，是使用還原劑（NH3，尿素）在金屬催化劑催化反應(yīng)下，選擇性地與氮氧化合物反應(yīng)生成N2與H2O，故稱為“選擇性”。SRC工藝一般分為氨法和尿素發(fā)兩種。此兩種方法皆是運用氨對氮氧化合物的還原作用，在NH3催化劑的催化下將氮氧化合物催化生成為對大氣產(chǎn)生較低影響的氮氣和水。

在SCR中主要使用TiO2作為催化劑，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3為活性成分，制成板式、蜂窩式或波紋式三種類型。其中催化劑可分為低溫催化劑（81℃～301℃）、中溫催化劑（260℃～380℃）和高溫催化劑（341℃～591℃），相應(yīng)的催化劑對應(yīng)相應(yīng)的溫度。催化劑的活性受溫度的影響，在一定范圍內(nèi)成正比例變化，目前SCR技術(shù)多運用高溫技術(shù)工藝，溫度一般控制在315℃～400℃。

優(yōu)點：效率高，廉價等。

缺點：基本所有煤炭中都含有硫元素，在進(jìn)行發(fā)電燃燒時，必不可少的會產(chǎn)生SO3氣體。在催化劑和氧氣的共同作用下，爐內(nèi)SO3氣體將會與足量的NH3反應(yīng)成帶有黏性和易腐蝕性的化合物NH4HSO4。該化合物將會導(dǎo)致煙道尾部設(shè)施破壞。另外，催化劑的使用不當(dāng)也會產(chǎn)生中毒問題。

1.2 選擇性非還原技術(shù)（SNCR）

SNCR技術(shù)不使用催化劑，一般在851-1101℃這個范圍內(nèi)將氮氧化合物還原。通常在反應(yīng)的過程中要用到氨和尿素兩種藥劑。采用SNCR工藝的燃煤發(fā)電機(jī)組的脫硝效率可達(dá)到四成，有的小型燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝效率可以達(dá)到八成。

優(yōu)點：造價低廉、裝置簡易且體積小，一般多用于機(jī)組改造等小規(guī)模發(fā)電等。

缺點：對反應(yīng)溫度有著嚴(yán)格的控制條件，脫硝效率低等。

2 我國燃煤發(fā)電機(jī)組脫硝存在的問題

燃煤火電在我國電力生產(chǎn)中占著舉足輕重的地位，在煤炭燃燒發(fā)電的過程中會產(chǎn)生NO、NO2以及N2O等氮氧化合物。相比于技術(shù)發(fā)展迅速的國家和地區(qū)，我國不論是在燃煤發(fā)電工藝應(yīng)用方面還是在脫硝工藝應(yīng)用方面均存在必然的差距。2017年初已建成投運火力發(fā)電廠煙氣脫硝機(jī)組容量約8.6億千瓦，占全國火力發(fā)電機(jī)組容量的83%，占全國燃煤電機(jī)組容量的92%。大體來說我國的煙氣脫硝管控還有很長的路子要走，還須在吸收國際先進(jìn)管控經(jīng)驗的基礎(chǔ)上同時聯(lián)系我國國情制定契合我國發(fā)展需要的產(chǎn)業(yè)管控制度。

2.1 脫硝技術(shù)掌握不夠

盡管SCR脫硝工藝簡略，但是其中心技術(shù)仍然難以攻破。在運用方面，我國的SCR脫硝體系設(shè)計與設(shè)施獲取依舊以引進(jìn)或合作為主，還沒有產(chǎn)生一套全面的、具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的SCR脫硝技術(shù)處理方案。同時在技術(shù)合作中，我們只接觸的是表面系統(tǒng)設(shè)計等膚淺的技術(shù)，而在中心技術(shù)與物理流動模型/CFD流場模擬等技術(shù)引進(jìn)與操作方面還無法熟練駕馭。尤其是在SCR脫硝技術(shù)中的SCR催化劑型選、設(shè)計與安放、流場設(shè)計等方面我國依舊依靠國外供應(yīng)商來完成。

2.2 煙氣脫硝技術(shù)規(guī)范不夠系統(tǒng)

我國的燃煤發(fā)電脫硝產(chǎn)業(yè)還有很長路子要走，還處在慢慢成長階段。普遍大多數(shù)燃煤發(fā)電廠所引入的SCR脫硝系統(tǒng)都十分相似，官方制訂的煙氣排放技術(shù)指標(biāo)暫時還沒有體系可言，參照性不全面。脫硝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及脫硝產(chǎn)業(yè)完成進(jìn)程都值得深思，這都會影響該產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

2.3 脫硝過程中存在氨氮分布不均勻

煙氣和還原劑NH3的混合基本要通過噴氨混合設(shè)備來實現(xiàn)，稀釋后的NH3在煙氣的自然湍流或靜態(tài)混合器擾作用下完成勻稱混合。因為噴氮格柵（AIG）、煙道導(dǎo)流板等設(shè)施設(shè)計存在缺陷，致使催化劑進(jìn)氣口等位置NOX和NH3不能完全融合反應(yīng)，從而造成催化劑管道內(nèi)出現(xiàn)NH3密度分布不勻稱的問題，氨氮反應(yīng)物質(zhì)摩爾比例小于預(yù)期值。此時，如果按照預(yù)計值向管道噴入NH3，氨氮反應(yīng)物摩爾比超過預(yù)計值的位置必定引起氨逃逸，氨氮反應(yīng)物摩爾比低的位置則脫硝速率不夠。

2.4 空預(yù)器堵塞問題

爐后加裝SCR脫硝設(shè)備后，由于氮氨化合物反應(yīng)不充分，會引起不同程度的氨逃逸，煙氣中的SO2氣體大概有1%會和氧氣反應(yīng)為SO3，反應(yīng)物SO3與逃竄的NH3反應(yīng)進(jìn)而生成NH4H（SO4）2，從而造成空預(yù)器的堵塞。

3 對我國燃煤發(fā)電脫硝的建議和改進(jìn)方法

3.1 加大我國對于煙氣脫硝工藝研發(fā)的投入

我國的燃煤煙氣脫硝技術(shù)雖然取得長足發(fā)展，但是核心技術(shù)以及催化劑等還需要進(jìn)口。所以，國家和企業(yè)應(yīng)該加大該方面的投入，加大獎勵機(jī)制。爭取早日在中心技術(shù)以及脫硝催化劑研發(fā)方面實現(xiàn)國產(chǎn)化。

3.2 推進(jìn)煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制度化和規(guī)范化

建立完整的脫硝技術(shù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)體系，完備必要的法律法規(guī)，加大煙氣排放監(jiān)管力度等，這對加快推進(jìn)我國研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的脫硝工藝具有積極意義，還可以有效保證其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度向越發(fā)健全、越發(fā)穩(wěn)定、越發(fā)和諧的方面前進(jìn)。

3.3 優(yōu)化調(diào)整噴氮格柵角度

在進(jìn)行脫硝的過程中，氨氮分布不均勻主要是由噴氮格柵造成的，所以要對其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。優(yōu)化調(diào)整的核心是根據(jù)多次實驗的數(shù)據(jù)收集來調(diào)整進(jìn)氣口截面流場、NOx濃度場、氨逃逸等的分布情況，調(diào)整AIG各支管閥門角度，使頂部催化劑通口氨氮摩爾比趨于勻稱，催化劑通口NOx分布勻稱，達(dá)到相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于15%。調(diào)整試驗的同時還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)采集監(jiān)測，規(guī)避相關(guān)指標(biāo)超出預(yù)計值。

3.4 解決空預(yù)器堵塞問題

NH4H（SO4）2的氣化溫度為150℃～230℃，對空預(yù)器進(jìn)行熱度處理后NH4H（SO4）2從固體變成氣體，從而堵塞問題會降低?？疹A(yù)器蓄熱片材質(zhì)為普通碳鋼，其形變溫度為420℃，外部噴涂陶瓷的冷端蓄熱構(gòu)件爆瓷溫度在300℃以上，因此熱度處理對蓄熱片不會產(chǎn)生大的危害。

4 結(jié)語

煤電機(jī)組脫硝技術(shù)就目前而言，仍然有很多需要調(diào)整改進(jìn)的地方，對于氨氮分布不均和空預(yù)器等問題的解決這就需要企業(yè)、政府和科研機(jī)構(gòu)的共同努力。爭取早日實現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略目標(biāo)，提高煤電企業(yè)的競爭力。

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