火电厂烟气脱硝技术初探

摘要：本文系统梳理分析了SCR脱硝工程的重要节点，分析了氨区安全、烟道与反应器流场分布、催化剂与热工控制的重要性及注意事项。第一，氨储存、供应系统的安全性至关重要。氨区作业必须佩戴人身防护设备，氨区同时需要设置安全喷淋、安全淋浴、洗眼器。氨区阀门在选型、采购、施工、调试等各个环节必须依照规定严格把关。第二，烟道与反应器流场分布是决定脱硝系统性能的重要保证，施工时必须严格依照图纸施工。第三，催化剂的安装要注意防积灰及密封，同时要关注吹灰器的安装及运行情况。第四，热工控制可以使系统实现自动运转，尤其喷氨量的控制尤为重要，喷氨量控制逻辑为热工控制的关键。

关键词：火电厂烟气 ；SCR 脱硝 ；选择性催化还原法 ；催化剂 ；热工控制

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：

1火电厂SCR烟气脱硝工程系统的基本组成与工艺流程

典型的火电厂SCR烟气脱硝系统由氨存储、供应系统和SCR反应系统组成。如图1所示：

图1 典型的火电厂SCR烟气脱硝系统

2工艺流程的系统

2.1氨存储、供应系统

液氨储存、供应系统一般包括氨卸料压缩机、液氨储罐、液氨输送泵、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽、稀释风机、氨/空气混合器、氨气稀释槽、废水池、废水泵等。该系统提供氨气作为还原剂供脱硝SCR工艺系统反应使用。其中液氨输送泵、卸料压缩机等设备通常可以依据工程建设地气候等因素略去。氨存储、供应系统的液氨由槽车从电厂外运输而来。

2.2SCR反应系统

SCR反应系统主要包含烟道系统、氨稀释及喷射系统、反应器（催化剂）及吹灰系统。省煤器出口烟气经由SCR入口进入SCR入口烟道，与喷入的氨/空气混合气均匀混合，从上部进入反应器，通过整流装置，垂直流经催化剂，在催化剂的作用下，氨气和和烟气中的NOx反应生成氮气和水，最后通过出口烟道进入空预器。催化剂有板式、波纹板式和蜂窝式。

3火电厂SCR烟气脱硝工程的重要节点

笔者认为，从保证SCR系统性能层面上讲，SCR烟气脱硝最为核心的技术为：烟道及反应器流场分布、催化剂、热工控制（例如：喷氨流量控制、液氨蒸发功率控制、供氨压力控制等）。除此以外，氨储存、供应系统的安全是整个脱硝系统安全的重中之重。笔者依据在脱硝工程监理工作中的经验，于本章节对烟气脱硝工程的重要节点进行梳理分析，并对烟气脱硝工程的监理、设计、施工及调试等工程环节提出建议。

3.1氨储存、供应系统的安全

氨是剧毒危险品，具有强烈的亲水性及脱水性，一定浓度的氨对人的皮肤、眼睛、肺部会造成严重伤害。当氨气与空气的混合浓度达到15～26vol.%时，遇明火或者高温时会发生爆炸。《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2009）规定，10t以上的液氨存储区为重大危险源。关。阀门安装前在现场对阀门严密性进行检测处理并且必须将管道内的焊渣、灰尘、铁屑等杂质清理干净。氨区在施工结束后，要按照规定进行水压试验，同时必须进行气密性试验。在卸氨前，需要对系统内的空气进行置换，以避开氨气与空气的混合浓度的爆炸极限15～26vol.%。由于O2不溶于氨，会加速器壁、管壁的腐蚀，所以置换后系统内O2含量要低于1vol.%。

3.2烟道及反应器流场分布

SCR脱硝系统的压力损失、烟道内烟气速度的分布偏差、催化剂入口的烟气流速的相对偏差、烟气最大偏转角度、催化剂入口NH3/NOx 摩尔比的最大绝对偏差等是影响脱硝系统性能的重要参数，而这些参数是否能达到技术协议的要求，则取决于烟道及反应器流场分布。下表为某催化剂厂家对催化剂来流烟气的流场条件的要求：

表1 某催化剂厂家对催化剂来流烟气的流场条件的要求

一般地，脱硝系统烟道及反应器依据现场完成外形几何设计和布置，并依据经验设计烟道及反应器内的导流及整流设施。然后依照初步的设计由CFD软件在计算机上进行数值模拟研究，对初步设计进行调整，直至达到理想的设计参数。之后再将烟道及反应器实际大小缩小10～20倍构建物理模型，模拟实际工况进行试验，以验证数值模拟研究的结论。

故此，在烟道及反应器设计时，设计方会在喷氨格栅之后、烟道90°弯头、催化剂床层入口等处加设导流及整流设施，这些导流、整流设施是依据流场数值模拟研究及物理模型试验结论设计的，是保证烟道及反应器流场分布合理的重要设施。所以，在施工时必须严格遵守蓝图的设计，以保证烟道及反应器流场分布的均匀性。在施工过程及施工阶段性验收时，监理、施工、设计、调试等单位必须严格把关。

3.3催化剂

目前商用的SCR催化剂主要的活性成分为钒、钨、钛的氧化物，其形式有板式、波纹板式及蜂窝式三种类型。如图2所示：

图 2 催化剂的形式

三种类型催化剂的其优缺点如下：

由于目前电厂SCR普遍采用高灰布置，所以催化剂面临堵塞、磨损及中毒等问题。催化剂填装在反应器当中，分为若干个模块，安装时逐块吊装，之后进行防积灰及密封焊接。催化剂上部的防积灰是用倒“V”形板及无缝钢管焊接在催化剂模块之间的空隙上。用钢板密封住催化剂底部的缝隙，防止烟气短路造成催化剂脱硝效率的降低。爆米花灰粒径较大，抵达催化剂床层时会在催化剂板间或蜂窝孔上造成搭桥，进而引发堵塞，加速堵塞区域附近催化剂的磨损，降低催化剂的脱硝效率，加大催化剂中毒的风险。所以，笔者建议在锅炉省煤器出口、喷氨格栅之前加设防爆米花灰挡板。

在SCR运行中，吹灰器是保证催化剂避免堵塞、降低催化剂中毒风险的重要设备。故吹灰器是脱硝系统的一个重要节点。

3.4热工控制

脱硝系统的自动化率几乎可以达到100%，系统一旦启动稳定后，氨气的供应、氨流量的控制等均可以实现自动化。在脱硝热工控制中，氨供应压力的控制、喷氨量的控制尤为重要，前者是整个系统平稳运行的重要保证，后者是脱硝系统性能实现的重要保证。后者的实现又依赖于前者。通常地，氨气在进入喷氨格栅之前，在行将出氨区时其压力会受到一系列的调整，压力调节系统由液氨流量调节阀、氨蒸发器、压力调节阀（例如自力式减压阀）、氨气缓冲罐等组成。流量调节阀的开度与氨气缓冲罐的压力联锁，液氨蒸发器热媒功率恒定、自力式减压阀采用阀后调节，如此即可实现供氨的稳定供应。喷氨量的控制是整个脱硝系统控制的核心构成。常用的控制方法为固定摩尔比控制方式。该控制方式是基于脱硝效率和催化剂脱硝能力的控制方式，在该控制方式下系统按照固定的氨氮摩尔比脱除烟气中NOx，这种控制方式是设定值可调的单回路控制系统，控制回路简单易于调试和

整定。氨气流量设定值计算如下：

NOx=总烟气量×SCR入口NOx浓度；NH3（流量信号）=NOx×氮氨摩尔比。采集烟气量、反应器出入口氮氧化物浓度等数据，与设定值进行比较，计算出所需喷氨量，然后再和实际喷氨量进行PID调节，将微调指令发送给调节阀改变调节阀的开度，实现喷氨量的控制。

热控控制逻辑的设计、施工、调试是脱硝系统重要的节点之一。

参考文献：

[1]陈进生．火电厂烟气脱硝技术 - 选择性催化还原法[M]．中国电力出版社，2008．

[2]邹鹏，熊志波，等．钒钛 SCR 脱硝催化剂低温研究进展[J]．电力科技与环保，2011，27（5）．

[3]沈洵．SCR脱硝还原剂的制备技术研究[J]．能源与环境，2011，（4）．

作者简介：郑平平（1983―）男，江苏淮安人，江苏省宏源电力建设监理有限公司监理员，从事锅炉本体、脱销、脱硫安装监理工作。