SCR脱硝技术的应用实例

黄秋丽 李 玲 董强强 沈 健

(1.河源市环境监测站，广东 河源 517000;2.深能合和电力(河源)有限公司，广东 河源 517000)

0 引言

燃煤电厂烟气脱硝分为选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)和SCR/SNCR联用三种技术。其中选择性催化还原(SCR)是目前最成熟的烟气脱硝技术，其脱硝效率高(70% ～90%)，选择性好，无二次污染，因此在我国得到了最广泛的应用［1－2］。

2010年，我国火电行业N O x排放量达到1 038万t，预计到2015年全国将有约5亿kw的燃煤电厂进行烟气脱硝。而据中国电力企业联合会提供的数据，截至2008年底，已有超过2 000万kw的烟气脱硝机组投运，其中绝大部分采用的是 SCR法［1］。SCR技术工业设备紧凑，运行可靠，脱硝效率可达85%，使用催化剂，反应温度低，还原生成氮气，无二次污染。但是存在以下缺点:烟气成分复杂，某些污染物可使催化剂中毒;系统存在一些未反应的NH3和烟气的 S O2作用，生成易腐蚀和堵塞设备的(NH4)2S O4和NH4HS O4，会降低氨的利用率，同时加剧空气预热器的低温腐蚀［3］。

SCR脱硝技术在国内外已运行一段时间，现阶段运行仍然存在以下问题:若烟气温度低于最低投运温度，则脱硝退出;高分散的粉尘会覆盖催化剂的表面，使其活性下降;发电机组负荷率下降导致机组长期处于低负荷状态下运行，脱硝设施撤出时间增加，不利于污染物减排;若脱硝设施长期在低负荷、烟气温度不高的情况下运行，则会对脱硝设施的催化剂产生一定的副作用，影响催化剂的实际催化效果和使用寿命［4］。本文以某电厂为例，通过分析SCR脱硝技术在该厂的实际应用，以期为SCR脱硝工程工艺设计和设备选型提供借鉴。

1 电厂烟气处理概况

1.1 烟气处理背景

该电厂2×600 MW超临界燃煤发电机组采用低氮燃烧技术，分别于2008年12月和2009年8月投入商业运行，同期建设脱硫系统，并预留脱硝接口。烟气自省煤器后进入高频电除尘设备进行除尘，最后进入FGD脱硫系统除去S O2后进入烟囱排放。在机组本体及脱硫系统的进出口烟道上均设有回转式空预器，实现烟气系统的热交换。

该电厂1、2号机组脱硝改造工程分别于2014年1月、2013年3月投运，同期建设可存储90 t液氨的液氨站。

1.2 脱硝工艺

该电厂脱硝工程选用福建龙净环保股份有限公司设计制造的全套烟气脱硝系统，采用SCR脱硝装置，按入口N O x浓度450 mg/Nm3、处理100%烟气量及最终N O x排放浓度为90 mg/Nm3进行设计。脱硝还原剂采用99.8%液氨气化处理后的气氨。如图1所示，在催化剂作用下，气氨与烟气中的N O x反应生成无害的 N2和H2O，从而去除氮氧化物［3］。该电厂在SCR烟气脱硝系统的设备选型阶段，就充分考虑了催化剂最低投用烟温与机组低负荷运行时省煤器出口烟气温度的匹配性，为了保证脱硝投用率，选择最低投用烟气温度较低的催化剂。

图1 SCR烟气脱硝反应示意

化学反应式如下:

如图2所示，锅炉配置A、B两台SCR脱硝反应器。从锅炉省煤器来的烟气经SCR装置入口补偿器、氨喷射格栅(AIG)、反应器入口补偿器，然后进入反应器内，烟气竖直向下流动。催化剂为蜂窝式，设计为3层，其中一层为预留层。考虑到温度可控且裕量充足，未设省煤器调温旁路和反应器旁路烟道。氨站储罐内储存的液氨经加热蒸发后形成氨气，经稳压、流量调节、空气混合后，由喷氨格栅进入脱硝反应器入口混合烟道中，与烟气进行充分混合，在催化剂表面进行反应。工艺参数见表1。

图2 该电厂脱硝工艺流程

表1 SCR脱硝系统主要工艺参数

2 系统设备

2.1 氨站

2.1.1 卸料系统

氨站设有2台美国C O RKEN压缩机，出力为48 m3/h，用于正常状态下液氨的卸料，以及检修状态下液氨的倒罐和装车。以卸料过程为例，其工作原理是将液氨储罐内部的气体经过增压后输入槽车中，形成压差将槽车中的液氨压入储罐，如图3所示。

2.1.2 存储系统

氨站设2台92 m3水平卧式的氨储罐，储罐及其管路上均配有安全阀，避免氨气超压泄漏爆炸。每个储罐设有磁翻板式和超声波式液位计、温度计、压力计等监控保护装置，此外罐体周围还布有工业水喷淋管道，实现超温超压时的紧急喷淋。

图3 卸料压缩机工作原理示意［5］

2.1.3 蒸发系统

氨站设有2台蒸发器，其作用是将液氨加热转化为氨气。液氨(流量由调节阀根据氨气压力进行调节控制)进入盘管中，被盘管外的水浴加热气化，之后进入缓冲罐，压力稳定在约0.30 MPa。水的热量来自锅炉辅助蒸汽，并通过温度控制装置将水温恒定在约70℃。

2.2 反应区

2.2.1 反应器

反应器本体采用板箱结构，内设横向加强板、支架、密封、钢架等均采用方型或者长方型(内空)钢梁，设计成不易积灰的型式。反应器入口及出口段应设导流板，SCR反应器与进、出口烟道范围内的导流板、整流装置、静态混合器、支撑及附件等材质为Q345钢，并对内部易磨损的部位采取耐磨合金钢防护板。反应器设有入孔，并在最下层催化剂下部布置永久氮氧化物抽气测点。

2.2.2 催化剂

选用成都东方凯特瑞环保催化剂有限责任公司生产的钒钛基催化剂，主要成分有二氧化钛(Ti O2)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化钨(W O3)、三氧化钼(Mo O3)。每层布有72个催化剂箱。催化剂的型式为蜂窝式，单体模块孔数18×18孔，带有测试模块，可在机组维护期间进行取样测试。催化剂的化学寿命大于24 000运行小时。图4为催化剂及蒸汽吹灰系统的布置。

2.2.3 吹灰系统

单个反应器上，每层设有5个声波吹灰器和4个半伸缩耙式蒸汽吹灰器。声波吹灰器采用瑞典科康品牌，所用压缩空气压力为0.60 MPa。蒸汽吹灰器采用上海克莱德贝尔格曼机械有限公司生产的耙式吹灰设备，对催化剂上表面进行伸缩式吹灰。

2.2.4 氨气供给管路设备

氨气自氨站输送至反应器本体外部，经由调节阀对其流量进行控制后，进入氨空混合器与空气混合，最后进入喷氨格栅。氨气在空气中的爆炸极限为15% ～27%，为保证安全，采用稀释风机将空气注入氨空混合器，将其浓度控制在5%以下。每台锅炉设3台稀释风机，采用法国风力嘉工业风机，流量为3 550 Nm3/h。

2.2.5 喷氨格栅AIG

喷氨格栅关系到反应器内的氨气与烟气中的N O x混合均匀的程度，直接关系到脱硝效率和氨逃逸率两个重要指标。每个反应器上设有1组喷氨格栅，具有18根喷氨支管分区域进行喷氨，每根支管上有8个喷头，共144个喷头组成格栅，均匀分布在入口烟道的横截面上。每根支管设有流量调节阀和压差计，用于调节喷氨场的均匀性。

图4 催化剂及蒸汽吹灰系统［5］

3 技术特点

3.1 氨区的安全技术

由于氨是化学危险品，具有爆炸性和可燃性，泄漏时，氨的扩散能力很强，对周围环境及人体的毒害性大。因此，氨站内设有6个氨泄漏监测仪、3台消防炮、灭火器、洗眼器等消防安全设施。此外，氨站附近配备有8套防护装备，包括正压式呼吸器、全身防护服、全面罩、半面罩、长筒胶靴、防冻手套、护目镜等，分别放置在氨站控制室及化水集控室内。特别在氨站附近建有急救设备存放亭，在事故状态下能够及时穿戴，保证氨站的安全与稳定运行。

3.2 未设旁路

设置旁路的SCR脱硝系统存在旁路挡板的密封和积灰问题，而且投资、运行和维护费用较高。考虑到该工程每年正常启停次数在10次以下，借鉴国内外的经验，取消旁路设置，简化系统 。

3.3 氨气/烟气的混合技术

注入的氨气与烟气均匀混合是保证脱硝率和减少氨逃逸率的重要措施。该工程在每个SCR反应器上设有一组喷氨格栅，共有144个喷头，均匀分布在入口烟道的横截面上。格栅上的每根支管设有流量调节阀和压差计，用于调节喷氨场的均匀性。

3.4 催化剂层数的设置

层数设置是以满足排放标准为前提，尽量减小初期投资为原则。每台SCR反应器采用2+1层催化剂布置方式，其中最下层为预留层，减少了SCR所占空间和初投资及运行、检修维护的费用。同时，预留备用层从远期角度满足我国不断提高的环保要求，灵活性强［5］。

3.5 废水回用

该电厂氨站设置有162 m3的废水池贮存废水。当液氨储罐和蒸发系统需要检修时，可将气氨排入氨稀释槽中，经水吸收后再排往氨区废水池，减少环境污染。氨区废水池设有2台废水泵，将含氨废水输送至厂区工业废水池中进行处理并回用，达到“废水零排放”的标准。另设有32 m3的回用水池，主要用于加热用蒸汽水的储存、回用。

4 系统性能测试

2013年5月，委托广东电网公司电力科学研究院对2号机组脱硝系统性能进行测评，对脱硝率、烟气流场分布、温度场分布、进出口N O x分布、出口NH3分布、系统阻力、氨氮摩尔比等参数进行了实测分析。

2号机组SCR脱硝装置第一次性能试验的主要结果汇总见表2，主要测量参数满足设计值要求，脱硝效果良好。

表2 2号SCR脱硝装置性能试验主要结果汇总

5 结语

该电厂2×600 MW燃煤机组SCR烟气脱硝装置分别于2013年3月和2014年1月通过168 h试运行并投产使用，各项指标均符合设计要求，在100%、75%、60%工况条件下，脱硝效率分别为82%、87%和90%，氨逃逸率均小于2%，系统总阻力低于500 Pa。烟气N O x排放浓度达到最新国家标准GB 13223—2011的要求。

综上所述，SCR工艺因其脱硝效率高，选择性强，是国内脱硝工艺的首选。随着国家节能减排力度的加大，在借鉴发达国家成功经验的同时，应完善和解决SCR工艺运行过程中存在的问题，提高脱硝设备的投运稳定性和投运率，装备国产化，整体降低电力行业N O x排放。

［1］谭青，冯雅晨.我国烟气脱硝行业现状与前景及SCR脱硝催化剂的研究进展［J］.化工进展，2011，30:709－713.

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