燃煤机组SCR脱硝超低排放改造的技术研究

韩 松，李凯华

(1.西安航天动力研究所，陕西 西安 710100；2.西安航天源动力工程有限公司，陕西 西安 710100)

烟气SCR脱硝工艺是目前燃煤锅炉烟气NOx减排的主要技术之一，该技术在整个火电领域脱硝方面占有绝对主导地位。近年来，随着燃煤电厂超低排放期限的到来，部分企业将面临着新一轮NOx超低排放改造需求。笔者通过调研多个NOx超低排放改造项目，发现部分企业对于NOx超低排放改造的重视程度不够，简单地认为“SCR技术本身较为成熟，改造很简单”，他们倾向于通过“添加备用层催化剂的方式[1](常规SCR设计中通常预留一层催化剂的安装空间)”实现超低排放的目的。通过分析发现该种现象主要由以下几大认知误区引起的。

存在侥幸心理。一些电厂为了节约改造成本，脱硝超低排放改造工程一拖再拖，且抱有侥幸心理：他们往往选择在最终期限来临之前，将排放指标要求和改造时间节点的压力转嫁给环保公司，期望以最少的投资获得满足超低排放改造要求的结果。殊不知，这种侥幸心理极有可能出现“不能按期完成改造或者改造后不能达标”的窘况。要知道随着SCR排放要求进一步提高，脱硝系统的设计理念和控制精度是有质的飞跃，其改造难度非常大。

对SCR系统认识不深刻，低估超低改造的工作量。常规排放的SCR项目中多数采用“2+1”的建设模式，即第一批安装的催化剂运行一段时间，催化剂因烟尘中的重金属沉积、粉尘颗粒磨损等问题极易出现催化活性不断降低(未完全失去活性)的情况。其催化活性降至一定程度后，在备用层添加第二批新催化剂以保证脱硝效率，同样地，一定时间后，可将第一批催化剂拆除，更换为第三批新催化剂，以此类推，可最大程度地延长每一批次催化剂的使用寿命。SCR选用“2+1”模式主要目的是在于尽可能延长催化剂使用时长，降低企业运行成本。显然，仅采用在增加备用层催化剂的方式，将会缩短催化剂使用寿命(提前淘汰旧催化剂，更换新催化剂)。另外，不对整体供氨能力、氨分布器、催化剂活性等设施或设备进行对应核算，仅简单地增加备用层催化剂是无法达到超低排放的。

不可否认，SCR加装备用层催化剂的脱硝改造方法不失为一种提效思路，某些情况下，改造后短期内排放口NOx浓度有所降低。然而实际情况往往比较复杂，因此需要综合考虑多种因素后确定改造方案。笔者为了确保改造后的脱硝系统可以长期高效稳定达标运行，通过分析多个项目形成以下几点建议，希望可以为SCR超低排放改造提供一些思路。

1 SCR反应器前、后烟气参数的测试

在实际生产过程中，存在因锅炉本身的局部改造或者燃烧煤种、工作负荷等变化，其运行数据偏离原设计值的现象。在脱硝超低改造设计阶段，若仅凭早期的锅炉设计资料，不进行现场参数测试极易出现改造失败的局面。为更好的满足脱硝超低排放要求，建议正式改造前，采用合适测试位置和科学测试方法实测SCR脱硝设备的运行参数，如烟气体积流量、烟气温度、灰尘浓度、NOx浓度、O2浓度、SOx浓度。此外，SCR反应器前后烟气参数的测试可以获取现有系统的脱硝效果，有利于随后超低排放改造方案的确定和对改造效果的评估。

2 现有催化剂活性的测试

两层新装催化剂的总脱硝效率可达75%～84%，但考虑到现有SCR催化剂存在堵塞、偏流、中毒或磨损等现象引起的催化活性降低等情况，实际操作过程中除了对进出口NOx数据的在线检测外，还需对现有催化剂进行取样并做催化活性测试，以便于核算催化剂的更换频率和新增催化剂的加装量。

3 加强流场的均布性[2-3]

流场均布性的优化有利于烟气在SCR反应器横截面均匀分布，避免局部出现烟气流速过高导致氨逃逸、NOx超标、局部催化剂磨损加剧等现象以及局部烟气流速过低导致催化剂局部积灰等问题。以上任何一项均不利于排放口NOx的超低排放。考虑到目前难以对已有的SCR反应器进行大规模改造，建议综合借助CFD流场模拟和现场检测等手段指导反应器内部导流部件的优化。

4 降低氨逃逸量

氨作为SCR脱硝还原剂，在SCR脱硝反应中往往存在通过牺牲氨耗量来达到超低排放要求的运行模式，这种模式显然增加了氨的逃逸量。虽然行业内普遍认识到这是一种不合理的运行模式，但受既有SCR反应器内氨的均布情况和混合效果的限制以及经济成本的制约，工程界很少进行更加深入的实验与工程测试。近年来，越来越多的专家提出逃逸的氨不比NOx危险小的观点，他们给出的依据之一是氨逃逸容易造成空气预热器堵塞，影响锅炉系统安全运行[4]，因此未来的氨逃逸在线监控将成为SCR超低排放效果评价指标之一。从减少氨逃逸操作可行性上讲，确保氨在喷射横截面的均匀喷射、氨/烟气均匀混合、氨在SCR催化剂表面快速反应、烟气在SCR横截面的均匀分布成为控制氨逃逸、提高SCR脱硝效能的必然手段。因此，本文认为为了达到降低氨逃逸的目的，改造过程需对现有的供氨、喷氨的设备、管线、仪表等进行多维度校核和优化，必要时候也可采取局部改造的措施。

5 个性化设计吹灰系统[5-6]

SCR催化剂布置在含高浓度灰尘环境下，经常出现严重地磨损、堵塞等问题。分析该现象的原因发现烟气量一定的情况下，催化剂运行过程中出现流通截面积堵塞现象，该现象极易导致空床流速剧增，此时烟气携带的大量灰尘(表面硬度较大)颗粒会加剧催化剂的磨损。因此，正式实施改造前需实地检查SCR反应器内部的积灰和磨损情况并评估现有配套吹灰系统的运行效果，若存在明显地积灰，则需在改造过程中设置个性化吹灰系统，如调整吹灰频率、吹灰类型、吹灰器设计位置，达到减少积灰的目的。

实际项目中，个别企业对SCR脱硝超低排放改造持有消极态度，他们认为SCR超低排放改造工程属于加大环保投资且没有经济效益回报的项目，这一认识与笔者观点不同。笔者通过对比多个企业超低改造案例后发现，SCR不但具备社会效益还具备一定的经济价值。一方面SCR超低排放改造符合国家环保要求，因此具备一定的社会效益；另一方面，SCR超低排放改造是全面检查3～5年前投运的脱硝工艺和解决遗留问题、运行故障诊断的最佳机会，因此具备较高的经济价值。从另外一个方向分析，3 ～5年前受环保政策影响，很多企业在较短时间内完成了SCR脱硝工程的建成和投产。由于当时环保项目上马较多，同时环保企业鱼目混杂，对脱硝工艺消化吸收差异较大，造成建设的脱硝系统质量良莠不齐。同时，这些年SCR技术不断进步，不得不说脱硝超低排放改造既是大势所趋，也是查漏补缺、二次提效的绝佳机会。

6 结论

SCR脱硝超低排放改造绝不是简单的增加备用层催化剂，而需系统地诊断现有SCR脱硝系统，全方位核算现有SCR脱硝设计参数，升级改造现有SCR工艺设备，以满足全时段NOx超低排放要求。从操作角度分析，SCR脱硝超低排放改造需要在充分了解脱硝系统运行及设计原理的基础上给出改造方案，可借助烟气参数测试、催化剂活性检测等手段确定改造思路，另外通过加强对脱硝流场和吹灰系统来提高脱硝效率，达到降低氨逃逸和系统压降的目的，从而在实现超低改造的同时还能“节能降耗”。