火电厂烟气脱硝SCR法应用研究

韦健宏

（广州托谱瑞电力科技股份有限公司 广东广州 510000）

火电厂烟气脱硝SCR法应用研究

韦健宏

（广州托谱瑞电力科技股份有限公司 广东广州 510000）

本文简要论述了SCR法工艺原理，从技术和运行费用角度比较了尿素和纯氨两种常见的催化剂的适用范围，并就SCR烟气脱硝工程中常见问题，提出了具体的解决对策，以供国内电力部门在脱硝工程技术选择时参考。

SCR法；烟气脱硝；火电厂；脱硝系统优化

随着新环保法的实施，节能减排和环保要求日益严格，国家对于NOX的排放也越来越严，依据《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），自2014年7月1日起，所有现有的火力发电燃煤锅炉氮氧化物的排放浓度应低于200 mg/m3，在重点地区及2012年1月1日起新建火力发电燃煤锅炉氮氧化物应低于100 mg/m3。SCR技术具有良好的脱硝效率，而且经过多年来的应用与发展，技术基本成熟，运行也较为稳定，适应性强。

1 SCR工艺原理

选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，简称SCR），是指在催化剂的作用下，利用NH3、液氨、尿素等还原剂来有目的的选择与适当温度（约280～420℃）烟气中的NOX发生化学反应，从而生成无毒无污染的N2和H2O。SCR工艺最早是在上世纪50年代末由美国Engelhard公司发现并逐渐运用到火力发电领域。近年来，随着SCR工艺在对锅炉烟气中的NOX控制效果的十分显著，已经逐渐成为世界上应用最广，也极富成效的一种烟气脱硝技术。

2 SCR脱硝还原剂选择

制备氨的脱硝还原剂有尿素、纯氨和氨水三种。由于氨水的建造及后期的运营成本较高，在实际运用中也存在一些安全隐患，因此，近年来氨水作为脱硝还原剂逐渐被淘汰。就尿素水解法、尿素热解法和液氨从技术安全以及运行费用作一比较，以便供实际运用时作出合理选择。

表1 脱硝系统运行比较[1]

从表1可以看出，采用SCR工艺脱硝中，选择还原剂时，纯氨法和尿素法是比较成熟稳定的工艺技术，但二者也有一定差异，例如，纯氨法技术较为简单，运行成本和建设成本都较低，若条件允许则可以选择纯氨作为脱硝剂，如果运输、储存等条件限制时则可以选择使用尿素法。

3 SCR烟气脱硝工程常见问题及对策

从目前SCR法烟气脱硝的实际运行情况来看，主要存在的问题有：氨盐和飞灰的长期沉积所导致的催化剂堵塞问题，如果长期得不到解决严重时会影响锅炉机组的正常运行；SCR反应室设计不合理或者催化剂的局部堵塞会导致催化剂磨损；烟气中的As、Ca等碱性金属引起的催化剂中毒会在一定程度上降低催化剂的活性，影响脱硝效果；此外，当SCR反应器中的NH3逃逸较多时，会与烟气中的SO3反应生成NH4HSO4和（NH4）2SO4等硫酸盐，这些硫酸盐长期累积会具有一定的腐蚀性与粘结性，导致空预器换热面堵塞和腐蚀，并影响脱硝效果。

针对上述存在的问题，可以从SCR法系统设计、合理选择催化剂和吹灰器、做好空预器和催化剂的床层设计。具体来说，就是要保证SCR反应器中流场、温度场分布均匀，是催化剂实现最佳性能的关键[2]。催化剂的床层设计则选择2+1层布置方式进行，即初始安装2层，如果脱硝的效率达不到设计要求时再加装备用层；在SCR法中，空预器设计或者改造时把中温段和低温段进行合并，根据烟气中的SO3浓度和NH3的逃逸量确定空预器低温换热段（高温和低温）材料的选取。根据发电厂工程的具体情况来选择是否加装旁通烟道，若锅炉长期处于低负荷运行，而现实中又需要较高的脱硝效率时，应该在设计时加装省煤器旁通烟道，而对于锅炉启、停比较频繁的机组，为了保护催化剂，可以设置SCR反应室旁道烟道，对于经常用于低负荷且对于脱硝要求不是很高的机组也建议加装SCR反应室旁道[3]。

催化剂是SCR脱硝系统的核心部分，决定着SCR系统的脱硝效率，建立SCR脱硝催化剂全生命周期管理显得十分有必要。催化剂全生命周期管理主要包括：SCR催化剂选型、催化剂安装前进行性能检测、运行过程中定期检测以掌握当前催化剂的各项性能指标、对催化剂的寿命进行预测、优化催化剂更换周期、合理处理废弃的催化剂。

火力发电厂SCR脱硝反应器出口NOX浓度及氨逃逸的在线监测（CEMS）测点一般为1～2点，而在实际运行过程中，由于入口NOX浓度不均匀及各喷氨支管喷氨量的不同，往往造成脱硝出口截面NOX浓度分布具有较大差异，因此对锅炉SCR烟气脱硝装置进行了优化调整试验显得十分有必要。优化调整试验可采用网格法测试SCR脱硝系统反应器出口截面的NOx及O2分布情况，根据出口截面NOX浓度的分布情况调节烟气上游对应喷氨支管的喷氨量调节阀门，最终将SCR脱硝系统反应器出口测量截面的NOx调的基本均匀（一般其相对标准偏差小于20%），并实现喷氨的均匀分布，保证脱硝系统的高效、安全运行。如汕头某电厂1号锅炉在脱硝优化调整前，SCR反应器出口A、B侧NOX浓度相对标准偏差分别高达65.0%和29.3%，喷氨格栅调整后，A、B侧出口NOX浓度相对标准偏差分别为11.5%和10.4%。同时，氨逃逸率测量测试结果显示A、B侧氨逃逸浓度分别为1.87 μL/L和2.70μL/L，均不超过3μL/L的设计要求[4]。经过优化调整，使脱硝系统喷氨更均匀，提高脱硝效率的同时也有利于节约喷氨量及控制NH3逃逸，从而更加达到“节能减排、绿色环保”的目的。

4 结语

在众多的脱硝技术中，催化还原法（SCR）是被实践证明了的脱硝效率高、也是成熟的一种脱硝技术。在实际应用中结合火电厂自身的实际情况，在催化剂的选择、SCR法的设计以及空预器的布设和旁通烟道的选择等做好论证，合理选用，以实现最佳脱硝效果。在催化剂初装及机组大、小修期间，建议对SCR脱硝催化剂的活性进行检测以掌握催化剂的各项性能指标、催化剂的寿命进行预测，优化催化剂更换周期并合理处理废弃的催化剂。在实际运行过程中，可通过对锅炉SCR脱硝装置进行优化调整试验，使脱硝系统喷氨更均匀，提高脱硝效率的同时也有利于节约喷氨量及控制NH3逃逸，从而达到“节能减排、绿色环保”的目的。

[1]解永刚,程慧.火电厂SCR脱硝还原剂的选择与比较[J]电力科技与环保,2010,26（5）：32-33.

[2]胡永锋,白永锋.SCR法烟气脱硝技术在火电厂的应用[J]节能技术,2007,25（3）：152-156.

[3]廖欲元.阐述SCR法烟气脱硝技术在火电厂的应用[J]广东科技, 2009（3）：129-131.

[4]韦健宏,冯加星.汕头某电厂1号锅炉脱硝系统优化调整试验报告[R]广东电网公司电力科学研究院.2014.

韦健宏（1985—），男，汉，广东茂名人，本科，助理工程师，主要从事火力发电厂除尘器性能提效、脱硫、脱硝运行优化等方面研究。