火电厂SCR脱硝系统故障及处理探讨

张胤 李建军

摘 要

随着社会经济的高速发展，我国氮氧化物的排放量越来越多，已经成为重要的污染物。火电厂使氮氧化物排放的主要场所，国家环保部门要完善质量监督检验，制定排放标准。因此，火电厂应该改造脱硝系统，完善脱硝系统的故障处理。

关键词

脱硝系统;氮氧化物;运行

中图分类号： X701                文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.042

随着社会经济的高速发展，我国氮氧化物的排放量一直非常高。氮氧化物是酸雨形成的主要成分，酸雨对人们的生活和工作产生很大的危害。因此，我国应该完善氮氧化物排放量的控制，改善人们的生活环境。火电厂应该改进自身的脱硝系统，有效的控制氮氧化物的排放量。

1 氨气导致SCR脱硝系统故障及解决办法

1.1 氨气导致SCR系统故障

在SCR中，还原剂被注入催化剂上游的烟气中。典型的工业钒钛催化剂在300～450℃的温度窗口下工作，接近方程式（1）和（4）中的摩尔比1：1。为了获得良好的NOx去除效果，NH3与烟气的适当混合是必不可少的。氨在喷射前用空气稀释，并通过喷嘴系统引入烟气流。为了获得更均匀的烟气/氨混合物，可以在注入点和SCR催化剂之间放置一个静态混合器。NH3/NOx比值越大，NOx去除率越高，但未反应氨的量可以显著增加。SCR是基于直接向锅炉燃烧室喷射试剂，NOx的减少与温度密切相关，温度窗口在800～1100℃之间。在这个范围以上，氨被氧化，氮氧化物形成。低于此范围时，反应速度受到抑制，烟气中存在未反应的氨。太小的液滴会迅速蒸发，并根据方程式（6）进行反应，从而提升整体脱硝效率。另一方面，大的液滴会导致氨在低于最佳窗口的温度下发生反应，从而导致NH3滑移增加。

含有酸性污染物和氨的烟气（气态的，或以盐的形式吸附在飞灰上）然后与SCR中的吸收浆液接触，通过改善灰分形成条件，确保脱硝系统运行环节中氨气与二氧化硫直接与水反应，及时收集硫酸铵和亚硫酸铵气体，有效的降低氮氧气体的排放。

2 脱硝温度导致SCR系统故障

2.1 故障分析

我国现有的脱硝催化剂的应用温度一般在320℃，不能在很高的温度下长期使用。大多数SCR设备的厂家在安装和使用说明中明确提出工作温度应该控制在300～320℃。目前火电厂机组的运行负荷在60%以下时，不能实现320℃催化剂运行温度。

2.2 解决办法

在解决催化剂使用温度中，可以采用层状双氢氧化物。层状双氢氧化物是指具有与阳离子粘土矿物相似的物理化学性质的“非硅酸盐氧化物和氢氧化物”。由于LDHs的化学组成、层状结构和离子交换性能的多樣性，其材料常被称为“粘土类矿物材料”。然而，与层状硅酸盐阳离子粘土相比，LDHs具有阴离子交换性质。因此，它们被定义为阴离子粘土，以天然水滑石为代表。该材料具有三层重复的菱形晶系。其化学式，Mg6Al2（OH）16CO3·4H2O是合成LDHs的基础，其一般符号如下：

[MII1-xMIIIx（OH）2]x+ Az-x/z ·nH2O （1）

其中，MII和MIII是二价和三价阳离子，A-层间阴离子和x-阳离子的摩尔比MII和MIII（通常x在0.15和0.34左右振荡）。LDHs的结构来源于水镁石Mg（OH）2，它由OH-离子紧密堆积而成，每两层都有八面体位置被Mg2+占据。在乳酸脱氢酶中，Mg2+离子的一部分是被离子Al3+取代。交换产生了层间过多的正电荷，其补偿是通过引入层间阴离子A-。除了阴离子，层间空间被水分子占据。类水滑石材料在催化应用中非常有吸引力，特别是由于层间阴离子可以很容易地交换，从而获得具有所需催化性能的材料。因此，将多种阴离子插层到LDHs中具有重要的催化应用价值。超过400℃的乳酸脱氢酶被热分解成混合金属氧化物或尖晶石，具有相当大的比表面积和引入的化学成分性质的均匀分布，从而确保脱硝催化剂可以在320℃的条件下使用。

要获得纯LDHs相，必须采取一些具体的预防措施，最重要的是pH值的控制和避免与大气中的CO2接触，这会导致杂质沉淀和CO2-ions21的污染。最常见的制备LDHs的方法是在可变或恒定pH值下共沉淀。在恒定pH值下合成时获得纯且化学均匀的材料，共沉淀pH值对LDHs的化学、结构和结构性能的影响。实际上，共沉淀是基于向含有MII和MII盐混合物的溶液中添加碱溶液，当pH值保持恒定时，同时加入NaOH、KOH或NH3。虽然这种LDHs的制备路线相对简单且所得材料重复，但有时它受到金属盐（例如氧化层）的竞争沉淀的限制。合成乳酸脱氢酶的另一种方法是溶胶-凝胶法，它涉及金属醇盐的水解，通过沉淀的方式制作催化剂，这类催化剂可以在较低的温度下使用。这种方法比共沉淀法成本低廉，可以获得比表面积增大、热稳定性更高的催化剂。此外，加热到一定温度（通常在350～450℃之间）会导致混合金属氧化物的形成。通过热分解获得的混合金属氧化物在暴露于水溶液中时具有保持层结构的独特能力。这些改性主要是由于对组织和结构参数的控制，合成过程中使用的微波增加了材料的孔隙率和比表面积，而高温下的超声波辐射或水热反应则提高了材料的结晶度。水镁石类层状LDHs中可以引入多种阳离子。交换的唯一条件是八面体配位半径接近MgII或AlIII。因此，Mg2+和Al3+可以被二价物（如Cu2+，Ni2+、Co2+、Zn2+和三价（如Ga3+、Fe3+、Cr3+、V3+、Ru3+、Rh3+）阳离子，另一个关键因素是保持适当的二价和三价金属摩尔比，以避免八面体结构的变形。另外，一些四价阳离子如Ti4+、Zr4+或Sn4+可以与水镁石相结合，与二价和三价金属形成多金属阳离子。通过改性的方式，催化剂的性能更加完善，可以在320℃以下使用，有效的提升了SCR脱硝系统的脱硝效率。

3 结语

近年来，火电厂开始大量采用SCR脱硝系统，有效的降低氮氧排放量。然而，在SCR脱硝系统应用中，催化剂要在高温下使用，并且还容易产生氨气逃逸等问题，因此，在SCR脱硝系统应用环节中，应该充分采用化学反应，从而改善催化剂的使用条件。通过氧化还原反应，将氨气转化成其他的气体收集，从而有效的防止氨气逃逸问题。

参考文献

[1]韩世亮，岳永红，卢建彬.全截面网格多点取样测量技术在火电厂脱硝系统上的应用[J].电站系统工程，2020，36（02）：66-68.

[2]李海军，夏静，史恒惠，王梓齐.基于KPCA和模糊树模型的火电厂SCR脱硝系统建模[J].自动化技术与应用，2020，39（01）：21-25.

[3]张峰.火电厂SCR脱硝系统故障分析及处理[J].发电设备，2019，33（04）：252-256.