火电机组SCR脱硝响应时间滞后原因分析

王永泉，苗长江，仇云霞

（江苏科行环保科技有限公司，江苏 盐城 224003）

火电机组SCR脱硝响应时间滞后原因分析

王永泉，苗长江，仇云霞

（江苏科行环保科技有限公司，江苏 盐城 224003）

火电厂燃煤烟气中的氮氧化物（NOx）脱除，主要采用SCR法，其还原剂主要采用液氨气化、尿素热解或水解制氨以及氨水蒸发制氨等工艺。根据尿素热解法SCR脱硝和液氨气化法SCR脱硝两个工程的运行情况，对在锅炉工况发生变化时，还原剂喷射量的变化与反应器出口氮氧化物浓度响应时间的滞后原因进行了简要分析。

火电机组；SCR脱硝；响应时间

SCR脱硝是指在适当反应温度窗口和催化剂的作用下，利用氨基还原剂“有选择性地”与烟气中的NOx反应，生成无害的N2和H2O。火电机组SCR脱硝采用高尘布置，反应温度范围为320℃～420℃。SCR脱硝以其脱硝效率高、运行稳定可靠、产物无二次污染等特点，成为目前技术最成熟、应用最广泛的火电厂烟气脱硝技术。

尿素热解制氨和液氨气化两种工艺的SCR脱硝装置总体上均能达到设计的脱硝效果。在锅炉处于稳定工况运行和工况发生较大幅度波动时，喷氨量均能实时跟踪变化。但在锅炉工况发生较大波动时，脱硝装置出口NOx浓度的变化存在不同程度的响应滞后现象。本文以两个SCR脱硝工程实例进行分析说明。

1 概述

选取的两个采用不同还原剂的SCR脱硝工程，其锅炉负荷及反应器主要性能参数对比见下表。

两个SCR脱销工程主要性能参数对比表

2 还原剂制备工艺流程

2.1 采用液氨制氨气还原剂的工艺流程

（1）液氨由槽车运输进入氨区，与卸氨臂连接，经卸氨压缩机抽取液氨储罐中的氨气进行压缩，打入槽车，使槽车内部压力升高，将槽车内的液氨压入液氨储罐，完成卸氨过程。

（2）液氨储罐与液氨蒸发槽通过管道相连，储罐中的液氨通过管线进入蒸发槽内筒，吸收外筒热水提供的热量气化为氨气，进入氨气缓冲罐稳压后，通过缓冲罐出口管道输送至反应器区。

（3）反应器区设置氨气调节计量阀组，由反应器进、出口实时烟气参数计算得出喷氨量，通过控制调节阀的开度调节流经流量计的氨气流量值，使经过准确计量的氨气与稀释风混合。

（4）氨/空气混合气体通过喷氨母管、喷氨格栅喷入反应器烟道。

2.2 采用尿素热解制氨技术的工艺流程

（1）袋装尿素由汽车运输进入尿素站。

（2）尿素溶解罐内放入一定量的除盐水，开启搅拌器和加热蒸汽阀门，加热蒸汽通过溶解罐盘管将溶解水加热到一定温度时，由单轨吊车吊起袋装尿素，通过剖包后将颗粒状尿素放入溶解罐，尿素颗粒溶解于除盐水中，当尿素溶液浓度达到50%左右、温度达到40℃～60℃时，完成尿素溶液的制备。

（3）尿素溶液输送泵将溶解罐中制备好的尿素溶液打入尿素溶液储罐。

（4）储罐中的尿素溶液经高流量循环泵输送到反应器区。

（5）反应器区设置尿素溶液计量分配模块、电加热器和热解炉等设备，由反应器进、出口实时烟气参数计算得出喷氨量，通过控制计量分配模块连接各个喷枪管道上调节阀开度调节流经流量计的尿素溶液流量值，使经过准确计量的尿素溶液喷入热解炉中，与500℃～650℃的高温稀释风混合，雾化尿素液滴中的尿素与水迅速热解生成氨气和二氧化碳气，多余的水分汽化为水蒸汽。

（6）氨/空气等热混合气体通过喷氨母管、喷氨格栅喷入反应器烟道。

3 还原剂控制方式对比

通过对比和分析两个工程的工艺流程，可以看出∶

（1）还原剂控制方法相同。采用两种不同还原剂的SCR脱硝装置，均根据设计要求设定一个出口NOx浓度控制值，依此为目标，根据反应器进口烟气量，反应器进、出口CEMS测得的NOx浓度，氨逃逸浓度，氧含量，烟气温度等一系列烟气参数，通过计算得出需要喷入烟气中的还原剂氨的量，并以此计算结果控制调节阀的适时开度，达到喷氨（或尿素溶液）量的准确控制。

（2）还原剂调节阀控制的还原剂不同。采用液氨为还原剂的SCR脱硝装置，还原剂调节阀控制的是氨气；采用尿素为还原剂的SCR脱硝装置，还原剂调节阀控制的是尿素溶液。

（3）还原剂通过调节阀后的路径不同。采用液氨为还原剂的SCR脱硝装置，氨气通过调节阀后，进入氨/空气混合器与稀释风混合均匀，经喷氨格栅喷入反应器进口烟道；采用尿素为还原剂的SCR脱硝装置，尿素溶液通过调节阀后，先与压缩空气一起，通过喷枪喷入热解炉，尿素溶液被雾化成小液滴，然后在热稀释风的加热下，小液滴中的尿素与水热解生成氨气和二氧化碳气体，与热稀释风混合均匀，经喷氨母管、喷氨格栅喷入反应器进口烟道。

4 运行结果比较

通过脱硝系统的投用调试及一年多来的试运行发现∶

（1）在锅炉工况稳定时，采用以上两种还原剂的SCR反应器，其出口氮氧化物浓度、氨逃逸浓度均能达到设计的预期效果。

（2）在锅炉工况变化比较大时，采用液氨为还原剂的SCR脱硝装置，在进口烟道NOx浓度处于升高趋势时，其出口NOx浓度也处于相应升高的趋势，氨逃逸浓度偶尔超标；在进口烟道NOx浓度处于降低趋势时，其出口NOx浓度也处于相应降低的趋势。实时喷氨量与脱硝效果之间有6～9秒的滞后。

（3）在锅炉工况变化比较大时，采用尿素为还原剂的SCR脱硝装置，在进口烟道NOx浓度处于升高趋势时，其出口NOx浓度也处于相应升高的趋势，氨逃逸浓度超标时间较长；在进口烟道NOx浓度处于降低趋势时，其出口NOx浓度也处于相应降低的趋势。实时喷氨（尿素）量与脱硝效果之间有15～20秒的滞后。

5 分析

喷氨量的变化与反应器出口NOx浓度变化滞后的响应时间，实际上包含了出口烟道上的CEMS检测反应时间和还原剂自调节阀出口、氨/空气混合器（热解炉）、喷氨母管、喷氨格栅直至与烟气混合、经过反应器各催化剂层、出口烟道、CEMS的检测等几个时间段。若忽略CEMS检测与反应时间，则只需考虑烟气从喷氨格栅至反应器出口烟道CEMS的停留时间、氨混合气从氨/空气混合器（热解炉）出口至喷氨格栅出口的停留时间，以及还原剂调节阀出口至氨/空气混合器（热解炉）出口的停留时间这几个时间段。

（1）由于两个项目的锅炉规格相近，因此反应器、烟道的尺寸、喷氨位置也相近。烟气在烟道和反应器中的流速基本相同，可以认为从氨气经喷氨格栅喷入烟道与烟气混合开始，直至经过催化剂后到达出口CEMS为止，两个项目的喷氨量变化与出口NOx变化的响应时间（或滞后）是基本一致的。根据两个项目的进、出口烟道尺寸，反应器尺寸及烟气流速计算，烟气的停留时间约为4.1秒。

（2）还原剂自氨/空气混合器（热解炉）出口，经过管道输送至喷氨母管，直至进入喷氨格栅之前。两个项目的氨稀释浓度均为5%，喷氨母管尺寸均为DN400，压力均为6kPa，喷氨格栅数量相同。根据液氨制氨工艺项目的氨/空气混合气管道、喷氨母管、喷氨格栅支管管道长度及气流速度计算，氨混合气停留时间约为2.4秒，尿素热解制氨工艺项目热解炉出口至喷氨母管管道长度较氨/空气混合器出口至喷氨母管管道长度长约13米，所以热解炉出口氨/空气混合气经过喷氨母管至喷氨格栅停留时间稍长，约为3.3秒。

（3）还原剂调节阀出口至氨/空气混合器（热解炉）出口段。根据液氨制氨工艺项目的氨调节阀出口管道、氨/空气混合器尺寸及氨气流速计算，氨气停留时间约为1.2秒；根据尿素制氨工艺项目的尿素溶液调节阀出口管道、热解炉尺寸及各部分介质流速计算，氨气（尿素）停留时间约为8.8秒。

综合以上的计算结果（忽略热控仪表反应时间），液氨制氨工艺项目的喷氨量变化与反应器出口NOx浓度值变化响应时间约为7.7秒；尿素热解制氨工艺项目的喷氨量变化与反应器出口NOx浓度值变化响应时间约为16.2秒，比液氨制氨工艺项目还原剂响应时间延长了8.5秒，这个结果与采用两种还原剂工艺的脱硝装置实际运行的观测结果吻合。

6 结论

（1）不论采用何种脱硝还原剂工艺，以SCR脱硝装置进、出口烟气参数为控制依据的脱硝喷氨量控制方式，都不能很好地适应锅炉负荷变化引起的工况的波动，均存在喷氨量滞后的客观事实。

（2）采用尿素热解制氨工艺的脱硝装置，由于热解炉的增加，显著延长了还原剂的停留时间。在锅炉工况波动较大时，采用尿素热解制氨工艺的脱硝装置，其出口氮氧化物浓度指标和氨逃逸浓度指标的控制，较采用液氨气化制氨工艺的脱硝装置，更为困难。

（3）以SCR脱硝装置进出口烟气参数为控制依据的脱硝喷氨量控制方式，会引起还原剂的浪费、氨逃逸超标和排放NOx浓度的短时超标。

（4）为了达到喷氨量与锅炉负荷变化的实时匹配，在作为SCR脱硝控制依据的烟气参数中，应该引入锅炉指令、功率指令、锅炉总风量数据等前端参数，方能充分反映脱硝系统运行状况，达到减少和消除SCR脱硝控制系统滞后多、延时过长的目的。

Analysis on Response Time Lag of SCR Denitration of Power Generating Set

WANG Yong-quan, MIAO Chang-jiang, QIU Yun-xia
(Jiangsu Cohen Environmental Protection Technology Co., Ltd, Jiangsu Yancheng 224003, China)

The SCR process is adopted to remove NOx in Coal-fred fue gas of thermal power plant. Its reducing agents mainly adopt the anhydrous ammonia gasifcation, urea pyrogenation or hydrolyzing ammonia manufacture and ammonia manufactured by aqueous ammonia evaporation technologies. In accordance with the operation of two SCR denitration projects by process of urea pyrogenation and anhydrous ammonia gasifcation, the paper gives the brief analysis on the change of spraying quantity of reducing agent and the lag reason of response time of NOx concentration when the working condition changes of the boiler take place.

thermal power generating set; SCR denitration; response time

X701

A

1006-5377（2015）05-0057-03