火电厂SCR烟气脱硝技术研究

郝哲晶

(大唐长春第二热电有限责任公司，吉林 长春 130031)

《火电厂大气污染物排放标准》明确指出，火电厂二氧化硫、氮氧化物、粉尘排放浓度应分别控制在35 mg/Nm3、50 mg/Nm3、5 mg/Nm3以内，达到“超低排放”水平。目前多数火电厂使用“炉内低氮燃烧器+尾部SCR烟气脱硝”路线[1-2]，低氮燃烧器技术是控制氮氧化物的首选技术，确保机组能够长期安全、经济、稳定运行的情况下，尽可能控制炉膛出口烟气中的氮氧化物浓度，利用“空气分级燃烧+低过量空气燃烧”技术，通过调整燃烧器、炉内一、二次风配比和燃尽风摆角等方法，确保炉膛出口氮氧化物浓度小于200 mg/Nm3。炉后采用SCR烟气脱硝技术，烟气通过高温段受热面，进入布置氨气喷氨系统的烟道中，与氨气充分混合后，通过选择性催化剂反应器，与烟气发生化学反应将氮氧化物去掉，烟道中布置相关导流板等措施，保证脱硝效率，实现氮氧化物的超低排放。

1 SCR烟气脱硝技术

随着《火电厂大气污染物排放标准》的发布，仅在锅炉燃烧过程中采用低氮燃烧技术降低NOx浓度，已经不能达到排放标准要求。需要采用燃烧后烟气脱硝技术，其中应用最成熟的技术就是SCR烟气脱硝技术。

选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)是目前普遍采用的脱硝技术,其主要原理是用氨气作为还原剂与烟气中的氮氧化物接触发生反应，以去除或减少烟气中氮氧化物。用氨气(NH3)做还原剂喷射到烟气中，在适当的温度条件下通过催化剂层进行反应，反应方程式为

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

4NO+2NO2+4NH3→5N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

6NO2+8NH3→7N2+12H2O

由于NH3选择性与烟气中的NO、NO2发生还原反应生成N2和H2O，这种脱硝技术称为选择性催化还原法。SCR烟气脱硝装置主要由氨气喷射系统、氨气供应系统、SCR烟道系统、吹灰系统、催化剂反应器等组成。

2 氨气喷射系统

氨气喷射系统由混合气联箱、氨/空混合分支管道、喷氨格栅、空气阻板等组成。混合气联箱与稀释氨气后的混合烟道连接，每个联箱接引若干个氨/空混合分支管道，每个氨/空混合分支管道对应若干个氨气喷嘴，每个氨/空混合分支管道上安装1台空气阻板。利用空气阻板测出压差，调整阀门的开关位置，保证通过每个氨/空混合分支管道的氨气流量均匀，并且需要定期对氨气的流量进行校核，确保脱硝效率稳定。

3 氨气供应系统

3.1 氨气流程

目前SCR烟气脱硝系统所用还原剂氨气的制备方式主要有2种。第1种是直接采用液氨，将液氨储存在液氨罐中，经过蒸汽加热进入缓冲罐内，再送入氨/空混合气，通过氨/空混合分支管道进入烟道中的烟气中，与烟气中的氮氧化物发生化学反应；另1种方式是尿素通过热解或水解工艺产生氨气，进入烟道中与烟气发生反应。每台锅炉配备1台水解器、2台稀释风机，热风取自锅炉热风道。在热风进入稀释风机前，安装除尘装置，防止热风中的灰尘磨损稀释风机叶轮，堵塞氨/空混合分支管道，产生的氨气进入氨/空混合器中与热风混合，稀释风机的主要作用是将热风与氨气的混合气体送入氨喷射系统内。

3.2 尿素热解工艺

尿素热解工艺主要流程：将尿素运输到储仓中，由斗提机输送到尿素溶解罐，用除盐水将尿素溶解成40%～55%质量浓度的尿素溶液，通过循环泵将尿素溶液输送到储存罐内，尿素溶液再通过供液泵、计量装置、尿素喷枪等喷入热解炉内，稀释风经电加热至500 ℃以上的热风进入热解炉内，尿素经喷枪雾化后在热解炉内分解，生成的热解产物为NH3、H2O和CO2，尿素热解后产生浓度不大于5%的氨气，经氨气喷射系统送入烟道中[3]。

3.3 尿素水解工艺

尿素水解工艺主要流程：尿素溶液经传输装置进入水解器内，同时将除盐水、尿素催化剂也送入水解器内。利用在冷段再热器出口联箱处取得高温高压蒸汽送入水解器盘管内，将水解器内的尿素水解生成NH3、CO2。水解器内需要的压力不低于2.0 MPa，水解温度不低于250 ℃，水解器出口的氨气混合气体温度不低于200 ℃，防止尿素溶液结晶堵塞管道。

4 SCR烟道系统

根据SCR烟气脱硝系统催化剂适用的温度范围，SCR烟气脱硝系统布置在H型省煤器与回转式空气预热器之间，氨气喷射系统(AIG)布置在催化剂反应器之前。机组在额定工况下，该区域的烟气温度范围可以达到320～420 ℃，符合催化剂的使用范围，其主要原因是进入反应器的烟气温度达到这个范围内，多数催化剂在这个温度范围内有足够的活性。温度高于420 ℃极易烧损催化剂，温度低于320 ℃氨气生产的碱性物质极容易腐蚀催化剂。该区域的烟气没有经过除尘装置，烟气中的飞灰含量较多，使催化剂的飞灰磨损十分严重，容易造成催化剂单体堵塞，并且飞灰中含有大量Na、K、Ca、Si、As等元素，导致催化剂容易中毒，减少催化剂的使用年限。

5 吹灰系统

5.1 吹灰装置

为了减少烟气中飞灰对催化剂的损害，每一层催化剂层布置4台声波吹灰器和2台蒸汽吹灰器，定期对催化剂进行吹扫，防止催化剂积灰。声波吹灰器的气源取自本炉的压缩空气，压缩空气母管上安装储气罐、滤油滤水等装置，将压缩空气中的油、水、杂质除掉，确保声波吹灰器正常投入运行。蒸汽吹灰器的蒸汽汽源取自本炉出口联箱，母管上安装疏水阀，在投入蒸汽吹灰器前，先将蒸汽中的水、管道中的杂质排干净，先保证蒸汽的品质，再投入蒸汽吹灰器。

5.2 声波吹灰器

声波吹灰器是以压缩空气为气源，通过自动设定程序对电磁阀进行控制，当阀门开启时，压缩空气进入发生器，使膜片依靠自身的弹性和声能转换器造成前、后腔内压力的交叉变换，产生低频率高强度的声波，低频率高强度声波通过喇叭的声阻抗匹配输送至烟道出口处，形成声场，可降低飞灰颗粒之间、粉尘与烟道壁之间的粘结力，使飞灰颗粒处于松散状态，脱离催化剂表面，随烟气被引风机吸走，从而达到清理催化剂表面积灰的目的。

5.3 蒸汽吹灰器

蒸汽吹灰器是以高温蒸汽作为介质，蒸汽进入蒸汽母管中，当达到300 ℃以上时，开启蒸汽吹灰器的电磁阀，蒸汽通过伸缩旋转的吹灰枪管端部的喷嘴进入催化剂层，喷出的蒸汽持续冲击、清洗催化剂，从而达到积灰清理的作用。

6 催化剂反应器

每台锅炉各配备1台脱硝反应器，催化剂为“2+1”层布置，随着“超低改造”要求，大多数电厂将预留层已安装催化剂，烟道的弯头处布置导流板，并且在烟道内部镶嵌陶瓷防止氨气腐蚀。催化剂的类型分为蜂窝状、样板状、波纹板状等，其中反应温度、催化剂量、氨气的投入量等对催化剂性能的影响较大。催化剂的成分分类为金属基催化剂含有氧化矾(V2O5)、氧化钛(TiO2)等，其中氧化矾的性能较好[4]。催化剂的选用应具备高活性、寿命长、抗磨损、防堵塞、结构紧凑、便于安装等优点。目前多数电厂使用蜂窝式氧化矾成分的催化剂。

7 在线监测系统

SCR烟气脱硝系统的喷氨需求量是根据烟气流量、反应器进出口NOx与O2浓度、脱硝效率及氨逃逸浓度等参数进行计算。为此，需要在SCR反应器入口烟道布置流量测量仪、NO与O2浓度测量仪，出口布置NO、O2与NH3测量仪。在每层催化剂上方安装可远传的烟气温度和压力监测装置，SCR进出口设置一套烟气在线监测装置(CEMS)，合理设置采样位置，同步设置CEMS上位机，选用仪器的技术指标和性能应符合《火电厂烟气排放连续监测技术规范》(HJ/T-75—2001)要求。与上述监测装置设置对应，还需在反应器的喷氨格栅前、反应器入口、各层催化剂出口、反应器出口等位置安装较多的烟气取样孔，用于监测烟气中的氨含量并监视氨逃逸情况。

8 结束语

目前SCR烟气脱硝技术在电厂中应用比较广泛，本文主要叙述SCR烟气脱硝技术的推广背景以及我国对大气污染控制的相关标准，并且介绍了SCR烟气脱硝技术原理和SCR烟气脱硝系统的布置位置、工艺流程、氨气制备方法、催化剂形式、运行期间在线监测装置等，以供借鉴。