脱硝系统喷氨优化调节技术

张恒 潘春晖

摘 要：随着火电厂最新大气污染排放标准的颁布及煤电节能减排升级与改造行动计划的实施，燃煤电厂必须更加严格地控制烟气中NOx的排放量。选择性催化还原（SCR）脱硝技术因脱硝效率高且运行稳定可靠，而被广泛应用于燃煤电厂。脱硝效率和氨气逃逸率是衡量SCR脱硝系统运行是否良好的重要依据。

关键词：脱硝系统;喷氨优化

1 前言

SCR脱硝系统是在一定温度范围内，在催化剂的作用下实现还原剂（氨）对烟气NOx的脱除反应，副产物为N2和H2O. SCR脱硝系统中的喷氨格栅可促使氨气和烟气在进入SCR反应器前充分混合。喷氨不均会降低脱硝性能，喷氨过量时氨逃逸量会增大，形成的硫酸氢氨等物质易造成空气预热器堵塞和冷段腐蚀，喷氨不足时会降低脱硝效率。

2 喷氨格栅对脱硝运行的影响

喷氨格栅技术作为目前SCR脱硝喷氨应用最多的技术，其喷氨效果决定了催化剂层氨氮分布情况，直接影响脱硝系统的反应效果。

通常所说的喷氨不均，准确地说，指的是喷氨格栅供氨后烟气中的氨氮摩尔比分配不均，即脱硝系统各反应区域的氨量未按预期的氨氮摩尔比进行分配，而不是喷氨量的分配不均。只有在烟气流场及NOx浓度场绝对均匀的情况下，才要求喷氨量的均匀分配。在实际工况下，由于催化剂层各个位置流速不同、NO2浓度不同、催化剂实际性能不同，导致实际需要脱除的NOx量以及处理能力不同，进而实际氨需用量也不尽一致。脱硝运行中，实际喷氨量与氨需用量的不匹配，是导致局部喷氨过量、氨逃逸高、NOx浓度场不均等问题的主要原因。

喷氨过量造成脱硝效率过高，使得出口NOx浓度出现极低值，同时未能参与反应的氨形成大量氨逃逸，进而引发空预器腐蚀堵塞问题;喷氨不足则导致脱硝效率低，出口NOx浓度偏高，易导致排放浓度超标。

由于脱硝系统对NOx浓度、氨逃逸浓度的监测绝大部分采用单点测量方式，因此在喷氨不均的情况下，极易出现监测数据与实际反应状况不一致的现象，主要体现为脱硝出口与总排口NOx浓度差异大、喷氨量与脱硝效率不匹配、氨逃逸数据低而空预器堵塞严重等情况，严重影响运行人员对脱硝运行状态的判断及调整。

3 喷氨格栅运行中存在的问题

3.1试运阶段未进行优化调整

脱硝装置投运前，应调整各喷氨支管阀门的开度，保证各喷嘴处喷氨量与NOx浓度匹配，以免造成局部喷氨过量或不足，而实际上很多脱硝设施在试运时未做喷氨格栅优化调整试验，通常将各阀门保持在同一开度（一般为最大开度），目的是保证各阀门喷氨流量相同（实际上由于氨输送壓力在距离上的变化，不同位置的喷氨阀门尽管开度一致，流量也会有所差异），但由于烟气流场、NOx浓度场的不均匀性，这种设置是明显不合理的，易导致脱硝运行一段时间后即出现空预器堵塞等问题。

3.2喷氨格栅堵塞

为了获得较理想的混氨效果，喷氨格栅的喷嘴往往设计的数量较多且喷嘴口径较小，当供氨阀门长期保持低开度运行时支管流量过低，易发生喷氨格栅喷嘴堵塞的情况。堵塞物质的来源包括低烟温时产生的硫酸氢铰、烟气或高温稀释风携带的粉尘、尿素热解产生的中间产物和未热解的尿素结晶等。喷嘴堵塞将严重影响氨氮摩尔比的分布，进而导致脱硝效率不均。

3.3脱硝两侧反应器供氨量不合理

在两侧脱硝反应器入口NOx浓度、烟气量等存在或发生显著差异时，两侧反应器供氨量未能作合理调整，依然采取平均分配的方式或维持原状，导致单侧反应器供氨不足或过量的情况发生，长时间运行下，将造成两侧反应器内催化剂寿命的较大差异，并加剧供氨过量侧空预器的堵塞情况。

3.4喷氨格栅阀门腐蚀锈死无法调节

部分电厂喷氨格栅阀门疏于维护，腐蚀锈死，导致进行喷氨格栅优化调整时无法对个别区域的喷氨量进行调整，影响喷氨格栅优化调整的效果。

4 喷氨格栅优化调整

4.1调整前准备工作

喷氨格栅优化调整需要在热态下进行，因此在开展此项工作前，建议利用机组检修时间对脱硝系统设备进行消缺处理，保证脱硝系统各设备处于良好的运行状态，以维持优化效果的长期稳定。一是要对喷氨格栅堵塞的部位进行清理，更换损坏的喷嘴，保证供氨顺畅;二是检查各喷氨阀门是否完好可用，保证试验时能进行有效调节;三是清理脱硝系统积灰，尤其是催化剂层的积灰，以恢复催化剂比表面积;四是检查内部催化剂情况，对催化剂层异常部位进行标记（包括严重磨损、塌陷、烧结等情况），建议更换失效的催化剂模块，以保证反应效果;五是要求优化调整时，脱硝喷氨由自动控制切换为手动控制方式，避免较大的喷氨量波动，以免影响对出口NOx浓度场测试的准确性，避免误导调整方向;六是提前向环保部门及上级单位通报试验时段，汇报调整试验可能造成NOx超标的情况，获得环保部门及上级单位的试验许可并进行备案。

4.2喷氨格栅优化调整试验方法

通常在锅炉常运负荷及满负荷工况下进行喷氨格栅的优化调整，以脱硝出、入口NOx浓度场数据、脱硝出口氨逃逸分布数据为基础，根据流场情况及喷氨格栅烟道内部的布置形式，判断不同区域喷氨过量情况及其对应的喷氨阀门，通过多次调整阀门开度，降低喷氨过量区域的喷氨量，增加喷氨不足区域的喷氨量，实现对浓度场的调整，以脱硝出口NOx浓度场的不均匀度为调整效果的评判标准，并在不同工况下进行调整效果的校验。

4.3超低排放浓度下出口NOx均匀性指标控制

需要注意的是，超低排放改造后NOx排放质量浓度控制较低（50mg/Nm3），且针对瞬时超标的管控愈加严格，由于脱硝系统易受锅炉运行工况波动影响，经常发生NOx浓度超标现象，为确保不发生超标情况，实际上很多发电企业的脱硝系统将NOx浓度控制在很低的水平，通常在20mg/Nm3左右甚至更低。一方面极易造成过喷氨而导致氨耗量、氨逃逸增加，另一方面，如此低的浓度范围，各点NOx浓度差较小，通常在100mg/Nm3左右，其数据较小的变化都会对不均匀度造成较大影响，调整工作难度极大。此种情况下，以控制NOx浓度偏差为调整目标的方式相对于控制NOx浓度不均匀度更为合理，建议调整时控制NOx质量浓度偏差在士5mg/Nm3左右。

5 结束语

脱硝系统反应效果对运行工况、烟气参数波动的耐受能力较除尘、脱硫系统差，因此对脱硝系统运行控制水平要求较高，定期地喷氨格栅优化调整，通过调节各个喷氨支管的喷氨量，使NH3和NO混合更均匀、氨氮摩尔比分布更合理。一般建议脱硝机组喷氨格栅优化调整的频次为每年一次，可根据机组运行情况适当增加优化频次，可以在很大程度上提高脱硝系统运行的稳定性。

参考文献

[1]关于SCR脱硝催化剂失活及其原因分析[J].张玲.化工设计通讯.2017（02）

[2]烟气脱硝工程中SCR反应器的质量控制[J].黄佩琴.化工管理.2017（31）