选择性催化还原（SCR）脱硝系统技术参数优化方法的初探

边疆、周义刚、刘卫平、薛泽海、孙国通

(1天津市电力科学研究院 2天津市电力科技发展公司 300022)

引言：

燃煤电厂在生产过程中产生大量的粉尘、SOX、NOX和有害金属元素等。随着国家工业水平的提高和国家对减少大气污染的日益重视，采用脱硝技术减少锅炉排烟中的氮氧化物含量已成今后大型火电机组继脱硫后的又一个重点环保环节。

目前，我国对于燃烧产生的NOX控制方法主要有燃烧前控制、燃烧中控制和燃烧后控制三类。燃烧前控制因成本很高，工程应用较少；而燃烧中控制技术，脱硝效率不高，无法有效的控制NOX排放。所以现国内新建的燃煤锅炉基本采用燃烧中控制配合燃烧后控制的双重手段，即低NOX燃烧技术配合烟道尾部高温高尘条件下加装选择性催化还原（SCR）脱硝装置。由于采用上述脱硝技术的NOX脱除率高、运行简单，因此选择性催化还原（SCR）脱硝技术将成为我国控制NOX排放的最有效的控制手段。

本文主要对天津某电厂2×350MW供热机组的SCR脱硝系统投入运行后的技术参数的优化和调整方法进行讨论。

1.选择性催化还原法（SCR）脱硝装置工作原理

选择性催化还原法（以下简称SCR）脱硝装置指将NH3等还原剂喷入烟气中,利用催化剂将烟气中的NOX转化为N2和H2O。在氨选择催化反应过程中，还原剂可以选择性地与NOX发生反应，而不是被O2氧化，因此反应被称为“选择性”。主要反应式如下:

锅炉烟气中的大部分NOX均以NO的形式存在，NO2约占5%，影响并不显著。所以，以反应(1)、(2)为主。反应原理如图1所示。

图1 SCR反应原理示意

2.SCR脱硝系统投运中存在的问题

对于SCR脱销技术，在应用中还存在不少的问题，如果脱硝反应不完全，很有可能致使还原剂氨发生不必要的逃逸现象。在反应条件改变时，会发生如下的氧化反应：

上述反应的发生弱化了脱硝效果影响脱硝效率，应尽量避免发生。同时SCR催化剂在催化脱硝反应的同时也会将烟气中的SO2氧化为SO3，SO3又能与逃逸的氨继续发生如下副反应：

其中NH4HSO4是一种粘附性很强并具有较强腐蚀性的物质，具有极强的吸附性，造成大量灰分沉降在空预器换热元件表面和卡在层间引起堵塞，使空预器阻力上升。对锅炉运行产生不必要的影响增加引风机能耗，

锅炉烟道中的烟气流速并不均匀，导致SCR脱硝系统内各区域还原剂NH3的需求量也不相同，如果在烟道内还原剂投入量不合理也会造成脱硝总体效率不高，氨逃逸率过高的情况。

3 SCR脱硝系统的主要技术参数的优化方法

3.1 合理提高SCR脱硝系统投运时的烟气温度

SCR脱硝系统应选择在反应区烟气温度较高的情况下进行投运，投运时温度应控制在350℃以上。SCR脱硝系统投运初期就采用较高的烟气温度可以提高NOX与NH3反应活性，使NH3反应更完全从而减少NH3的逃逸率。

3.2 控制氨气投入量，保证出口NOX浓度不会过低

合理控制SCR脱硝出口（空预器入口）处的NOX含量，保证出口的NOX浓度量不低于50mg/Nm3(标态、干基、6%O2)。脱硝系统出口的NOX浓度过低，会导致氨气的逃逸率相应的升高。逃逸的氨气会与烟气中的SO3反应，生成硫酸氢氨对锅炉设备的安全运行造成不必要的影响。

3.3 控制SCR脱硝系统中的氨气与空气比例

合理控制SCR脱硝系统的氨气和空气的混合比例，在保证氨气占混合气体积不超过报警浓度的前提下，可以适当的将混合气中氨气的比例控制在8%～10%范围内。通过提高氨气比例可以保证，即使燃烧高于设计含氮量的煤种时，也有足够的还原剂进行脱硝反应，保证脱硝效率。

3.4 合理调配SCR脱硝系统各喷嘴的喷氨量

因锅炉实际的烟气系统中NOX含量并不平均，需要根据烟气流速和NOX分布情况调整各喷嘴的还原剂流量，保证了氨气在脱硝反应区内合理分配。通过上述方法可以确保还原剂NH3与NOX完全反应，有效的提高了脱销效率的同时降低氨的逃逸率。

4 SCR脱硝系统技术参数的优化实例

在某供热机组运行期间，在燃烧煤种、锅炉负荷不变的工况下对一侧SCR脱硝系统反应区技术参数进行了优化调整，并对优化前后脱硝效果进行了对比。

4.1 设计参数

具体锅炉、燃煤及脱硝系统设计参数见表1，SCR脱硝系统图见图2。

表1 某电厂锅炉及SCR脱硝系统设计参数（设计煤种）

4.2 优化调整前SCR脱硝系统情况

优化调整前供氨量：48kg/h，混合气体总流量：1160 m3/h。混合后对各喷氨支管路气体流量进行测量，结果见图3。

使用红外烟气分析仪对SCR脱硝系统出口同一截面的的NOX浓度进行网格法测量，并将NOX浓度修正到6.0%O2标准状态结果见表2，NOX分布棒状图见图4。

图3 各支喷氨管路调整前混合气体流量（单位m3/h）

图4 优化调整前脱硝系统出口NOX浓度分布棒状图

图4 喷氨管调整后混合气体流量数据

优化调整前SCR脱硝系统技术参数较差，投入还原剂各支管路的流量并没有与实际的NOX浓度相对应，造成脱硝出口的NOX浓度偏高并且分布不均，出口各测点的NOX浓度的标准偏差大。

4.3 优化调整后SCR脱硝系统情况

根据优化调整前的实际数据进行了优化调整，调整后SCR脱硝系统运行参数如下：供氨量：57kg/h，混合气体流量：1242m3/h。调整后还原剂各支管路流量测量结果见图4。

通过对SCR脱硝系统的优化调整效果明显，优化后的SCR脱硝系统出口NOX浓度分布情况见表3，棒状分布图见图5。

表2 投入SCR脱硝系统后出口各取样管NOX含量

4.4 总结

通过对SCR脱硝系统参数优化前、后的工况对比，可见脱硝系统的优化效果明显。调整后脱硝出口NOX的平均浓度比调整前下降了40mg/Nm3（6%O2工况）以上，NOX浓度分布较调整前更加的均匀，标准偏差较调整前降低了10以上。说明对SCR脱硝系统的方法合理，能够达到降低出口NOX浓度，提高脱硝效率，减少氨的逃逸率的效果。

表3 SCR脱硝系统出口调整后的各取样管NOX含量

图5 优化调整后脱硝系统出口NOX浓度分布棒状图

4 结束语

1.优化调整时应根据脱硝出口NOX浓度分布情况进行，对出口NOX含量低于平均值的区域应减少对应喷氨口的混合气体流量，反之偏高的区域增加流量。

2.增、减混合气体流量时应变化不应太大，最多以1～0.5m3/h的流量步幅增减，如果流量变化过大，会对整体NOX浓度场的分布产生影响，不利于脱硝系统的优化调整。

3.优化时对还原剂NH3的供应量的调整应缓慢进行，因脱硝系统的调整反应具有一定的延时性，所以每次调整间隔不应小于20分钟。

4.在调整期间应保持锅炉运行参数的稳定，调整期间的锅炉燃烧用煤也不能发生较大变化。如果工况或煤质发生变化应停止调整，待工况及煤质恢复到变化前的状态后再进行调整，防止因外界因素的变化干扰脱硝的优化调整。

5.投入SCR脱硝系统时，应保证脱硝系统烟气温度在350℃以上，保证催化剂在最佳的工作温度运行。

6.根据实际测量的NOX浓度场的分布状况，对喷氨各分支管路的流量进行优化调整能降低NOX的排放含量，提高氨气的有效利用程度，减少氨气的浪费，避免造成未反应的氨气再对大气造成二次污染。

[1]段传和，夏怀祥，燃煤电站SCR烟气脱硝工程技术,中国电力出版社.2009

[2]廖永进，火电厂SCR系统的调试、运行优化及性能试验介绍，中电建调试专委会火电厂脱硝技术研讨会会议资料.2009

[3]脱硝系统设备说明书