低浓度瓦斯发电机组脱硝系统的应用

司 平

(山西金驹煤电化有限责任公司，山西 晋城 048006)

0 引言

低浓度瓦斯发电机组脱硝系统近年来刚刚投入实际应用。相对于高浓度瓦斯发电机组，低浓度瓦斯不能存储，不能远距离传输，进气压力、浓度经常波动，低浓度瓦斯发电机组氮氧化物排放难以控制，作为脱硝系统的实际使用方，文中对脱硝系统实际使用进行了总结。

1 降低低浓度瓦斯发电机组原始NOx排放

降低低浓度瓦斯发电机组氮氧化物排放，主要集中在“燃烧中控制”和“燃烧后烟气脱硝”2个阶段。国产低浓瓦斯发电机组烟气氮氧化物排放浓度一般偏高，如果不先降低机组烟气氮氧化物排放，脱硝系统很难降低排放。

首先从“燃烧中控制阶段”降低机组原始氮氧化物排放，具体是对机组点火系统进行改造。通过采用高能量点火系统，调整点火持续时间和点火强度，同时通过点火控制器找到最佳点火提前角，实现降低机组烟气排温、降低机组氮氧化物排放的目的。

另外，机组控制程序中新增加了“进气压力控制”。在瓦斯气进气浓度、压力波动时，机组负荷调整不再利用“LAMBDA空燃比控制”和缸温控制，而改用灵敏度更高的进气压力控制，使调整更加快速，机组负荷、排温更加稳定，从而直接降低机组烟气氮氧化物排放。

2 选择适合低浓度瓦斯发电机组的脱硝技术

烟气脱硝技术运用最多的是干法中的SCR 法及SNCR法。低浓度瓦斯发电机组烟气排烟温度集中在500～600 ℃左右，这个温度是SCR催化剂最佳反应温度，而SNCR法一般应用于850～1 100 ℃的烟气直接脱硝。当温度低于900 ℃时存在氨穿透现象，同时考虑到SCR法应用最为广泛、技术成熟、运行可靠、便于维护、不会造成二次污染，作为还原剂的尿素便于储存和运输，因此，低浓度瓦斯发电机组的脱硝系统采用了选择性催化还原法(SCR)。

3 选择性催化还原法的工作原理、系统组成

3.1 选择性催化还原法工作原理

选择性催化还原法烟气脱硝工艺流程为尿素经气力输送或机械、人力提升至尿素溶解罐，用除盐水将尿素颗粒溶解成尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐储存。尿素溶液经循环泵、计量分配装置、雾化喷嘴等进入烟道，在高温烟道内受热分解成氨气(NH3)和二氧化碳(CO2)，经混合器与烟气混合均匀后进入SCR反应器。在催化剂的作用下，烟气中的氮氧化物(NOx)与氨气(NH3)进行氧化还原反应生成N2和H2O，从而将烟气中的氮氧化物(NOx)除去，其反应方程式为

尿素水溶液分解如下

尿素经热解、水解生成氨气，为反应提供原料。

SCR中发生NOx反应如下

标准反应

慢速反应

快速反应

3.2 脱硝系统

选择性催化还原法的系统组成，如图1所示。

图1 SCR系统Fig.1 SCR system

4 SCR脱硝系统在设计前期遇到的问题

4.1 要考虑低浓度瓦斯气组分的化验结果

如果低浓度瓦斯气化学成分检验H2S含量，燃烧不考虑生成SO2，如果瓦斯气H2S含量较高，机组燃烧后排放的烟气中就会有SO2，烟气中的SO2在钒基催化剂作用下被催化氧化为SO3，与烟气中的NH3反应，生成一系列铵盐，这样不仅会造成NH3的浪费，而且会导致催化剂的活性位被覆盖，导致催化剂失活。此外，SO2与催化剂中的金属活性成分发生反应，生成金属硫酸盐导致催化剂失活。催化剂的失效，直接会导致机组烟气氮氧化物排放不达标。

4.2 要考虑低浓度瓦斯机组烟气排放数据的变化

脱硝厂家在前期设计SCR时，往往依据的是厂家提供的发动机烟气排放数据(排烟温度、干气排气流量)，但发动机厂商提供的数据往往是理想状况下的数据，机组实际投运后，供气压力、浓度变化、机组运行工况变化等都会导致排气流量和温度的变化，内燃机组经过长期磨损和消耗后，烟气中氮氧化物浓度也会出现升高现象，以上情况均会导致脱硝系统由于实际排放超过设计时的原始NOx数值而难以达到预想的脱硝效果。

由于场地的限制，增加催化剂模块非常困难，所以脱硝厂家设计SCR时，在参考厂家提供的发动机数据时，最好实地考察检测同类型机组实际烟气排放情况，同时考虑供气本身的变化情况，以“宁大勿小”的设计原则进行设计，SCR厂家要把握好空塔温度这一关键参数，综合SCR反应塔的布置、脱硝效率、烟气温度、允许的氨逃逸量以及烟气氮氧化物浓度来确定整个设计方案。

4.3 增加可拆卸的自动吹灰装置和催化剂测试块

机组脱硝系统投运后，多次发生催化剂积灰严重导致催化剂堵塞，进而机组由于排气不畅，带不起负荷。判断催化剂是否堵塞是根据SCR前的背压来判断的，如果设计时，在催化剂进出口两侧增加压力表，在SCR上直接增加吹灰装置，吹灰装置可以根据催化剂模块进出气压差直接判读是否堵塞，进而自动吹灰运行。此方法可提高设备自动化程度，减轻工人劳动强度。

除了根据催化剂模块进出气压差直接判读催化剂是否堵塞外，如果在每层催化剂层安装有可拆卸的测试块，运行人员就可以直接取出测试块来判断催化剂模块是否需要清扫。运行人员在判断催化剂是否堵塞时会更加方便快捷。

4.4 要选择脱CO复合催化剂

一氧化碳是我国《环境空气质量标准》中6项基本控制污染物项目之一，部分地方标准中规定了固定污染源废气中一氧化碳的排放限值要求。脱硝厂家设计时要有前瞻性，采用在脱硝催化剂中加入贵金属成分，将脱碳催化剂与脱硝催化剂合成一体，即选用脱硝脱碳复合催化剂。考虑到成本因素，目前可以只安装脱硝催化剂，将来需要脱CO时，只需将脱硝催化剂更换为脱CO复合催化剂即可，不需增加其他设备。

5 SCR脱硝系统在实际使用中遇到的问题

5.1 尿素喷嘴经常堵塞

在使用脱硝系统时，经常遇到脱硝系统喷嘴堵塞，解决方法如下。

改为纯度更高的车用尿素：由于排气管温度较高，普通尿素加水勾兑后的尿素溶液，在喷嘴处易形成水垢堵塞喷嘴，达不到设计效果。为此，将原来的农用尿素改为纯度更高的车用尿素，将原来用的生活用水改为经反渗透处理过的软化水，使混合后尿素溶液所含杂质尽可能少，以减轻喷嘴堵塞现象。

优化管路设计：尿素溶液使用中，沉积物的产生一直是比较普遍的问题。脱硝系统喷射系统雾化性能差造成催化转化效果下降引起未转化的HNCO聚合沉积，是造成NOx超标的常见原因。同时也发现尿素溶液管路和压缩空气管路的跑冒滴漏也非常常见。为此，对管路进行优化整改，避免系统管道和混合器设计不够合理导致的局部区域的尿素堆积沉积，减少管路连接头，避免接头过多导致的阻力大和容易漏等缺点。

改为仪用压缩空气：为防止压缩空气中杂质堵塞喷枪的喷嘴部分，导致尿素在喷嘴部位结晶，将原有压缩空气系统新增过滤设备，改为仪用压缩空气，保证了仪用空气无杂质、无油。

5.2 喷氨控制箱安装位置不合适

脱硝系统整体放置在燃机集装箱顶部，受场地限制，喷氨控制箱位置靠近SCR反应器底部。由于SCR底部保温不好做，SCR反应器辐射大量热量到喷氨控制箱，直接导致喷氨控制箱内的管路和电气元件损坏，将喷氨控制箱移动位置后解决了此问题。因此，脱硝系统设计时，一定要结合现场情况，合理布置各管路、元器件位置，尤其要考虑到高温影响，保证脱硝系统正常运行。

6 SCR脱硝系统常见问题处理方法

脱硝效果不好，一般从以下几个方面进行分析和处理：喷氨管路(喷氨量不足、喷氨量过大、喷氨雾化效果不好)、压缩空气管路、催化剂活性降低、系统程序参数设置不合理、电气控制回路故障、压力、温度、含氧量、氮氧化物传感器故障等。具体方法见表1。

表1 脱硝系统常见问题处理方法Table 1 Treatment of common problems in denitration system

7 结语

低浓度瓦斯发电机组脱硝降低氮氧化物排放是瓦斯发电行业遇到的新课题。在同脱硝厂家多次沟通的前提下，参阅国内相关资料，结合瓦斯电站日常实际使用脱硝系统的经验，形成相关结论和建议，以供低浓度瓦斯发电行业参考，解决低浓度瓦斯发电机组降低氮氧化物排放问题。