脱硝喷氨流量控制浅析

摘要：SCR法脱硝中对于喷氨流量控制主要通过调节阀的开度来适应不同锅炉负荷，实际运行中喷氨的效果并非与调节开度成线性关系。

中图分类号：X324 文献标识码：A 文章编号：

脱硝现状

在大气污染物中， 最主要的是燃煤引起的污染，燃煤烟气中的二氧化硫、氮氧化物（NOx）是影响我国环境空气质量的主要污染源。2011年初通过的“十二五”规划纲要，首次将NOx列入约束性指

标体系，要求减少10％，从而使NOx成为我国下一阶段污染减排的重点。烟气脱硝技术与NOx的氧化、还原及吸附的特性有关。根据反应介质状态的不同，分为干法脱硝和湿法脱硝，其中干法脱硝技术是目前工业研究、应用的主流和发展方向。

SCR工艺是目前商业应用最为广泛的烟气脱硝技术。SCR工艺是由美国Eegelhard公司开发，并于1959年申请了专利，而由日本率先在20世纪70年代对该方法实现了工业化。SCR烟气脱硝装置采用选择性催化还原烟气脱硝工艺， 在320～420 ℃的环境下，在特定的催化剂作用下，吹入NH3使NOx还原为N2和H2O，达到脱除NOx的目的。

SCR脱硝技术反应过程

主反应：NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O

2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O

4NH3+2NO+2O2=3N2+6H2O

副反应：2SO2+O2=2SO3

SCR脱硝工艺流程

燃煤锅炉烟气脱硝：锅炉省煤器脱硝反应器空预器除尘脱硫装置引风机烟囱

工程实例

近年来由于资源的匮乏和过度开采，电厂的锅炉用燃煤品质参差不齐，且来源极不稳定，烟气参数极其复杂。而电厂考虑到经济效益，很多电厂并未实现满负荷运行，因此也给脱硝改造带来一些的问题。

在西北某5x330MW脱硝工程，脱硝装置采用选择性催化还原法（SCR），催化剂层数按“2＋1”模式布置，初装2层预留1层。在设计煤种及校核煤种、锅炉最大工况(BMCR)、处理100%烟气量条件下，2层催化剂脱硝效率不小于70%。基本参数见附表1，基本要求：SCR装置能在锅炉30～100%BMCR负荷，且烟气温度在325℃～400℃条件下持续、安全地运行，并确保净烟气中的NOx含量符合设计要求。

附表1

当工程进入调试阶段时，发现在一定的工况下，脱硝装置无法稳定运行。通过对反应器出口的烟气进行分析，发现烟气中的NOx含量较高，没有达到预定的脱硝要求。通过对系统的排查，未发现有氨气的泄漏现象。经过仔细分析比对，发现当系统在低于60%BMCR的工况下运行时，控制供氨量的气动调节阀处于关闭状态，无法为系统正常供氨。

由于在高负荷时调节阀调节作用正常，基本排除产品质量上的问题。通过反复调试和排查，发现主要原因在于调节阀的自身结构上。调节阀由于工艺的限制，其阀板的切削角度使得其调节范围有限。喷氨流量控制主要通过调节阀的开度来适应不同锅炉负荷，实际运行中喷氨的效果并非与调节开度成线性关系。通过与厂家的沟通及试验情况来看，调节阀可以稳定运行在100%～60%的流量区间内，当流量低于60%时，调节阀将失去调节流量的作用。如果设定100%BMCR工况流量为全开形态，60%工况以下调节阀将无法正常工作。

通过纪录调试时的参数可以看出：

当锅炉负荷波动较大时，脱硝效率产生很明显的变化。

解决方法

目前由于SCR 工艺的限制，调节氨流量的方式比较有限。主要通过改善调节阀和喷氨格栅两种方法来实现。

调节阀由于其身特性，不能在比较大的范围内调节流量，但可以通过设置阀组来进行流量调节。以上述工程为例，由于锅炉负荷要求能在30%～100%范围均能达到80%脱硝效率，而按100%负荷设计的调节阀达不到低流量调节的能力。通过反复调试，限定30%负荷下流量为最小流量，全开时流量为50%左右。另外按相同配置设置一路旁路，当低于50%负荷时该旁路关闭。高于50%负荷时，一路旁路全开，另外一路可通过调节阀板开度实现流量的细微控制。所有的调节阀均采用气动执行机构，纳入脱硝DCS系统，实现远传控制。

两路调节阀的优势在于，可以精确地调节供氨量，并且在低负荷运行时可以互为备用。缺点在于价格相当较贵，且安装时须考虑先后运行关系，在低负荷时和高负荷时相对容易实现。中间状态时，须同时使用两路调节阀。因此，同时满足三种工况对于逻辑编程要求较高。

另外一种解决方案是通过调节阀和喷氨格栅的组合来实现调节。喷氨格栅是 SCR 脱硝系统普遍采用的一种喷氨技术，即将烟道截面分成20～ 50个大小不同的控制区域，每个区域有若干个喷射孔， 每个分区的流量单独可调，以匹配烟气中氮氧化物的浓度分布喷氨格栅包括喷氨管道支撑配件和氨分布装置等其主要特点是结构简单分布效果好不易积灰，可有效保护喷氨格栅喷嘴的磨损，减少脱硝反应器入口氨与烟气的混合距离，提高脱硝催化剂的利用率，降低脱硝反应器的高度。改善喷氨格栅的形式，设置上下两路的格栅，通过流场模拟来选定最佳的喷氨位置。调节阀按正常最大流量进行选型，将喷氨格栅一分为二。通过调节阀组和喷氨格栅的阀门开关来控制喷氨，目前已有工程进行尝试。

结束语

通过调节阀的工艺的改良，既能比较方便地实现控制，又可以适应不同工况下的脱硝要求。基于脱硝的现状，以及结合电厂的实际情况，此方法有一定的实用价值。

参考文献：

[1] 顾卫荣，周明吉，马薇。燃煤烟气脱硝技术的研究进展。2012.09

[2] 陈鹏，胡永锋。烟气脱硝装置中喷氨格栅的优化设计。2012.10

[3] 刘晓敏。烟气脱硝SCR装置喷氨优化研究。2012.07