提高SCR反应器入口烟气温度的方法研究

张正甫 邱学文

【摘要】近年來，随着现代化社会发展水平的不断提升以及科学技术的进步，社会更加重视对环境的保护。目前，氮氧化物超标会造成不同程度上的大气污染，所以，火电厂应高度重视SCR的脱硝设计。催化剂是SCR烟气脱硝机组的核心部件，性能直接影响整体脱硝效果。SCR的催化剂在活性方面受烟气温度影响较大，当反应器进口烟气温度降低到催化剂最低投运温度时，则脱硝系统将会停止运行。如果烟气温度高于催化剂的活性时也会使催化剂失效。为了保证锅炉日常运行时SCR反应器进口的烟气温度满足催化剂投运条件，本文就提高烟气温度进行具体分析。

【关键词】SCR反应器；入口烟气温度；方法

氮氧化物是污染大气的主要的有害物质之一，我国火力发电厂的烟气，工业原料燃烧过程及机动车尾气是我国NOx的主要来源。根据国家相关规定，火电厂排放大气污染物NOx限值应该小于或等于100mg/m3。为了进一步降低NOx排放量，烟气脱硝是必然的选择。

1、烟气温度对SCR反应器的影响

1.1 还原剂引起的温度降低

从专业化角度出发，稀释风机稀释氨后，再喷入到SCR反应器是氨还原脱硝法还原剂的工作原理，其风机风源属于自然风，通常情况下自然风温度比脱硝区温度低，当稀释风喷入后也会在一定程度上使SCR装置温度下降。一般情况下，稀释风量是机组烟气总量的百分之一左右，若自然环境温度比三十五摄氏度低，则在不喷氨情况下的SCR反应器温度是三百摄氏度，那么喷氨之后的反应器温度会下降2.6摄氏度到2.9摄氏度。若机组烟气量减少时，则相应的稀释风持续不断的喷入就会使反应器出口的温度大大下降。由于低温稀释风造成的降温增加能耗，从而加剧脱硝催化剂运行过程中的安全风险。因此，在实际工作期间，应充分考虑借助有效方式加热稀释风。

1.2 脱硝SCR催化反应引起的温度降低

现阶段，电厂常用到的V2O5-WO3/TiO2以及V2O5/TiO2催化剂最终的活性反应温度大约在三百二十度到四百二十度之间。在实际脱硝过程中，烟气温度降低则会使反应缓慢，使脱硝反应达不到预期效果 ，难以脱除NOx。但是如果烟气温度非常高，则催化剂就会出现不同程度的微观高温烧结现象，进而使其彻底丧失活性，为避免高温烧结，应确保催化剂烟气温度控制在合理温度之内，且避免油滴与未燃碳等颗粒在催化剂中的堆积，从而减少对催化剂中物理结构的严重破坏。当氨氮摩尔比固定的时候，其烟气温度与SCR脱硝装置反应关系如图1所示。

图1 烟气温度与SCR脱硝反应的关系图

从上图可以看出，SCR反应器入口的烟气温度在三百五十到三百六十摄氏度之间的时候，SCR 脱硝反应率是最高的，可以达到百分之九十，而在三百四十到三百八十摄氏度的时候将会在较高水平。

2、SCR反应器入口烟气增温措施

2.1 合理调整脱硝系统中的省煤器

在提升烟气温度期间，针对省煤器烟温比较低的机组来说，可以借助专业化的热力计算，将省煤器面积有效转移到SCR烟道之后，提升其烟温。从某种程度上讲，这种控制方法难以改变水汽系统与烟风系统操作流程，更不会影响到锅炉运行操作效率的提升。但是，对于锅炉排烟温度非常高的机组来说，应充分考虑到增加省煤器面积，从而最终降低排烟温度与提高锅炉工作效率。但是，从某种程度上讲，这种改造方案的工作量是非常大的，改造成本相对较高，改造期间要充分认识到它可以使机组反应器的进口烟温不断上升，但要有效控制好高负荷下的进口烟温过高问题。

2.2 提高锅炉给水温度

从某种程度上讲，提高火电厂锅炉的给水温度能够提高SCR反应器的入口烟气温度，对于汽包锅炉来说，可以充分利用炉水，借助炉水的再循环来加热给水。其中，在强制循环锅炉中，需要在炉水循环泵的出口位置引出相应的再循环炉水，并有效接入省煤器的进口管道中，合理加热给水。在这个过程中，应高度重视再循环炉水在流量方面的调节，可以在再循环管路以及炉水泵出口位置设置相应的流量调节阀。根据之前该方案的实际实施情况来看，因炉水循环泵相对来说流量较高，具有低压头特点，为进一步确保循环泵的最小安全流量以及对锅炉水循环情况的考虑等，需要把进行加热给水的相应再循环炉水量限制在一定范围内。而针对自然循环的汽包锅炉来说，需要把锅炉下降管进行连通处理，从而可以从中有效引出炉水，借助增设容量相对来说比较合适的再循环泵，把饱和炉水科学打入脱硝系统的省煤器进口，然后再加热给水。然而，从目前的情形来看，国内的炉水泵生产制造厂家相对较少，而且容量比较合适的炉水泵也没有完全定型产品，若需要应用到实际工作过程中，必须要私人定制，其定制费用相对较高。

2.3 高温烟气加热方法

采用高温烟气加热的方法可以在一定程度上提升SCR反应器入口烟气温度，也就是说从锅炉的省煤器前或者是低温过热器前有效引出高温烟气，然后再利用旁路烟道与调节挡板装置使其与SCR反应器烟气混合，从而形成调节反应器烟气温度。从某种层面上来讲，这种温度调节方式，相对来说是比较方便的，应用范围也相对较广。如果使用省煤器前相应高温烟气进行调节，则一般情况下旁路百分之三十的烟气会使SCR反应器进口位置的烟温相应提高大约百分之二十。而如果利用低温过热器之前的高温烟气进行有效调节，那么旁路大约百分之二十的烟气就会使反应器的进口烟气温度提升百分之四十左右。具体来说，实际提温幅度需要根据锅炉负荷大小以及烟气旁路量的多少来决定。然而该种方法却会不断提升锅炉的实际排烟温度以及降低锅炉工作效率。此外，因调节挡板装置在高温区，所以其灵活性以及严密性对于是否可以达到最终调节目的起着重要作用。例如因变形引起关闭不严的时候，则会使高温烟气出现大量泄漏现象，严重影响到锅炉的实际工作效率。如果调节挡板比较卡涩的时候，其所具有的调节能力将会大大下降甚至消失。由于旁路烟气量较大，而且烟道尺寸也非常大，这都会严重影响到脱硝改造布置工作的顺利进行。此外，烟气混合的时候，产生气流扰动现象甚至会造成温度分散且不均匀，最终对脱硝反应造成不同程度的影响。

3、结语

总而言之，提高SCR反应器入口烟气温度是一项专业化、复杂性相对较高的工作，涉及的范围较广，关系到脱硝系统的正常运行。烟气温度对脱硝效果影响较大，温度过低或过高都会影响脱硝效果，相关人员科学运用合理的措施减少省煤器和烟气的换热量来提高省煤器出口烟气温度，提高电厂SCR脱硝系统连续运行时间，具有重要意义。

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