SCR烟气脱硝系统的运行方式及控制研究

侯培贤 王亚楠

摘要：文章对目前SCR脱硝系统在电厂中的应用现状和背景进行介绍，基于SCR烟气脱硝的机理来研究SCR烟气脱硝系统的运行方式以及参数控制方式，以供参考。

关键词：SCR烟气脱硝系统；运行方式；参数控制

1引言

在目前我国社会用电负荷在不断增加的同时，我国的电厂规模也在不断扩大且装机容量与机组参数也在不断提高，但是与此同时，发电企业中的能耗也在不断增加，并增加了环境污染物的排放。因此在目前的火电厂中已经开始普及应用烟气脱硫技术来针对烟气中的NOx进行治理。为了满足国家相关部门对发电企业的NOx最高排放浓度的标准要求的同时，还要进行烟气脱硝装置空间的预留，同时在目前的发电企业中开始进行烟气脱硝装置的逐渐配置。在目前的电厂中针对NOx进行控制的方法就是在燃烧之前对燃料进行脱氮，然后在燃烧过程中对燃烧方式进行改进，且在生产工艺中采取脱硝措施，最后就是进行烟气脱硝的方式。其中第二种方式已经在发电企业中普及应用，但是由于由于这种方法的应用会使得燃燒效率的降低以及对不完全燃烧损失进行增加，因此也具有比较低的NOx脱除率。因此提出了烟气脱硝的思路，而且在烟气脱硝方法中，SCR烟气脱硝法目前比较成熟且应用比较广泛。但是由于此方法在我国目前的应用经验比较缺乏，因此，本文针对此方法的运行方式以及参数控制方式进行研究。

2 SCR烟气脱硝的机理

此方法就是在温度为280～420℃范围的烟气加入催化剂的同时进行氨或者其他还原剂的喷入，而且在氧的参与下，将烟气中的NOx向氮气和水进行转换。在此方法的应用中所使用的氨主要为液态无水氨或者是氨的水溶液，在将氨蒸发之后将其与稀释空气或者烟气进行混合，并通过分配格栅向SCR反应器上游的烟气喷入。

由于上述副反应的产物也会对环境造成污染，因此在上述过程中需要对合适的催化剂进行选择并且对反应条件进行控制来实现对上述副反应产物的避免。此外，上述进行NOx脱出的效率会受到催化剂的性质、NH3与NOx的化学计量比、烟气中的氧气浓度、烟气流速以及反应温度等因素的影响。其基本的原理如图1所示。

3 SCR烟气脱硝系统的运行方式

3.1 SCR烟气脱硝系统的起动

如果电厂中的SCR烟气脱硝系统没有进行旁路的设置，可以在锅炉起动时同时进行起动，但是需要在起动之前在进行锅炉的预通风过程中对催化剂进行预加热。如果二者都是从冷态状况进行起动，需要控制烟气的升温速率在3～4℃/min以下，还要对SCR反应器入口以及出口的温度进行监测，确保二者的温差在10℃以下。在通过上述过程将催化剂的温度加热到310℃以上并保持10min之后，开始起动氨气供给系统，通过格栅向SCR反应器来进行喷氨。此时此系统的起动完成，并需要确保其反应区的温度控制在400℃以下。

3.2 SCR烟气脱硝系统的停止

SCR烟气脱硝系统的停止主要分为正常停止和锅炉跳闸之后的停止，还有自动安全停止三种。首先对于正常停止来说，需要在锅炉停运之前进行催化剂的吹灰，并且保证在锅炉停止之前的10min进行喷氨停止，并且通过手动的方式将氨量需求信号值调为0。此时的氨气喷入管线上的阀门进行自动关闭，在10min之后就可以进行锅炉停炉操作。在停炉之后还要一直确保锅炉处于负压状态，并且使用引风机来对SCR烟气脱硝系统进行吹扫。

其次是对于锅炉跳闸后的系统停止来说，在锅炉跳闸之后的氨量需求信号值会自动变为0，此时同样也会将氨管线上的阀门进行自动关闭，并且在手动将出口NOx含量操作端重新进行要求数值的设定之后才能再次打开此阀门。在锅炉跳闸并且停止运行之后，通过手动关闭系统来进行脱硝系统的关闭，而且在整个关闭系统中不允许打开SCR反应器上的人孔或观测孔。而且通常需要在催化剂温度降低到150℃以上，或者降低幅度在60～70℃以上尽快对锅炉进行重新起动。

最后就是系统的自动安全停止。在系统正常运行过程中如果出现烟气温度超过420℃的情况就会严重损坏催化剂模块，因此，此时就需要对锅炉进行停止，且在还没有达到420℃之前，通常在超过390℃时就需要将喷氨系统停止，并且对停止SCR烟气脱硝系统进行自动执行来对其进行保护。此外，在系统正常运行中如果出现温度降低到310℃以下并保持10min的情况，就会对SCR烟气脱硝系统进行制定停止来对其进行保护。

4 SCR烟气脱硝系统的参数控制

4.1催化剂的活性

在SCR烟气脱硝系统中通常所用的催化剂为板式或者蜂窝式的催化剂，且主要的成分为V2O5以及TiO2，而且催化剂的使用寿命会直接决定此系统运行的经济性，而催化剂的使用寿命则受到其活性的影响。催化剂失去活性主要有物理失去活性以及化学失去活性两种，前者主要就是由于高温烧结、磨损以及固体颗粒沉积堵塞引起的。针对此方法可以通过在SCR反应器中进行烟气整流器的设置等优化设计方法来进行缓解。而后者则主要是由于碱金属、重金属引起的催化剂中毒。针对此问题可以将声波吹灰器安装在反应器上，而且严格执行吹扫周期在运行中进行吹扫和输灰。

4.2反应温度

在此系统中应用不同类型的催化剂会对最佳反应温度范围有着不同的要求，而如果温度超出此最佳温度范围就会导致副反应产物的产生，这些副产物本身就会造成一定的大气污染，而且可能会在催化剂的表面附着并对其通道和微孔进行堵塞，这也会导致催化剂活性的降低。此外，温度超出其适宜范围还可能会导致催化剂通道和微孔的变形，这也会减少有效通道和面积而导致催化剂活性的降低。目前在SCR脱硝系统中不同的催化剂所对应的温度范围主要有以下几种：高温的范围为345～590℃，中温范围为260～450℃，低温范围为150～280℃，在超出了上述最佳温度范围时，就会自动保护并将SCR烟气脱硝系统停止。

4.3氨气输入量和混合

根据所期望的不同的脱硝效率需要使用不同的还原剂NH3的用量，因此对其用量进行控制的方式就是进行NH3和NOx的摩尔比的设定。这主要是由于不同的催化剂活性岁需要的NH3和NOx的摩尔比也不同，在超出此摩尔比范围时会造成还原剂的浪费以及泄漏量的增加，而如果低于此摩尔比范围则会导致反应不完全的问题。此外，导致NH3和NOx无法充分反应的因素还有NH3与烟气没有均匀混合的原因，此时还会导致NOx泄漏量的增加。这就需要在此系统中对喷嘴格栅进行合理应用，提供足够长的通道来进行NH3与废气的均匀混合。

5结语

在目前的电厂中开始逐渐普及SCR烟气脱硝技术的同时，其对于治理电厂烟气污染问题表现出显著的优势，但是在此系统的运行中，对其运行方式以及参数控制一直是系统运行中的短板。为了本文针对SCR脱硝系统的起动和停止，以及此系统运行中的不同参数控制进行研究，确保此系统的充分反应且避免副产物的产生，防止出现资源浪费以及二次污染，确保SCR脱硝系统的正常和有效运行。

参考文献

[1]徐思青. SCR烟气脱硝系统的运行方式及控制[J]. 中国科技纵横，2017（13）.

[2]刘宇鑫，梁红雨，李修成，et al. SCR烟气脱硝喷氨自动控制分析及优化[J]. 吉林电力，2017（1）.

（作者单位：中电（商丘）热电有限公司）