脫硝系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的問題及對策探析

高全娥

（山西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030021）

0 引言

眾所周知，氮氧化物是主要的大氣污染物，會引起酸雨和光化學(xué)煙霧問題。隨著環(huán)境問題的日益突出，作為大氣污染物中氮氧化物的主要來源，燃煤電廠氮氧化物排放量標準日益嚴格。為了滿足國家對其的排放要求，降低氮氧化物對環(huán)境的污染，新建電廠都要求同時建設(shè)配套的脫硝裝置，一些老電廠也要求增設(shè)脫硝系統(tǒng)。因此非常有必要對脫硝系統(tǒng)中常見的問題進行歸納分析，提出解決的措施，為脫硝系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 脫硝方法概述

根據(jù)氮氧化物的生成機理和對氮氧化物排放量的要求，降低燃煤電廠鍋爐氮氧化物排放量的方法主要有燃燒過程中脫硝和尾部煙氣脫硝2大類方法。其中燃燒過程中脫硝又可根據(jù)其作用方法和機理的不同，分為燃燒控制技術(shù)和爐內(nèi)噴射技術(shù)。

燃燒控制技術(shù)通過改變?nèi)紵龡l件及燃燒器結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)降低氮氧化物排放的目的，技術(shù)應(yīng)用廣泛、簡單、經(jīng)濟有效，但是其脫硝效率有一定的范圍。具體方法有空氣分級燃燒、低氧燃燒、煙氣再循環(huán)、燃料分級燃燒、濃淡偏離燃燒及采用低NOx燃燒器等。爐內(nèi)噴射脫硝技術(shù)是在爐膛上部噴射還原劑，將生成的氮氧化物還原成N2的方法，比較成熟的技術(shù)是噴氨法，這種方法又稱為選擇性非催化還原（SNCR）脫硝法。

尾部煙氣脫硝很多，根據(jù)具有NO氧化、還原和吸附等特性，分為濕法脫硝和干法脫硝。濕法脫硝有2類，一是單純的濕法洗滌脫硝；另一類是利用鍋爐已有的脫硫系統(tǒng)，進行適當(dāng)改造或者改變調(diào)整運行條件，達到同時實現(xiàn)脫硫脫銷一體化的目的。干法脫硝技術(shù)應(yīng)用較多，有使用催化劑的選擇性催化還原方法（SCR）、電子束照射法和電暈發(fā)電等離子體脫硫脫銷一體化技術(shù)等。

2 SCR系統(tǒng)及工作原理

通過對不同脫硝工藝投資、運行成本及脫硝效率等的對比分析，SCR脫硝技術(shù)以其脫硝系統(tǒng)簡單、運行方便、可靠性高、無副產(chǎn)品及脫硝效率高等眾多優(yōu)點，得到了國內(nèi)外的廣泛應(yīng)用。

圖1為SCR脫硝系統(tǒng)的工藝流程圖，系統(tǒng)工藝裝置主要由液氨儲罐、氨氣注入系統(tǒng)和裝有催化劑的反應(yīng)器3部分組成。

系統(tǒng)通過氮氧化物在催化劑的作用下與還原劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將氮氧化物還原成N2和H2O，在此過程中沒有其他的污染物產(chǎn)生，反應(yīng)通常在250～450℃的溫度范圍內(nèi)進行。能將NOx還原成N2的還原劑有很多，如 CH4、H2、CO和NH3等，目前研究比較完善，能夠工業(yè)化的SCR脫硝技術(shù)是以氨氣和尿素為還原劑，以NH3為還原劑的脫硝系統(tǒng)匯總發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

圖1 SCR脫硝系統(tǒng)工藝流程圖

在燃煤鍋爐中，SCR系統(tǒng)主要布置方式有高飛灰布置、低飛灰布置和末端布置，分別如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 SCR系統(tǒng)高飛灰布置

圖3 SCR系統(tǒng)低飛灰布置

圖4 SCR系統(tǒng)末端布置

燃煤電廠最常見的SCR系統(tǒng)布置方式是高飛灰布置。這種布置方式是將SCR反應(yīng)系統(tǒng)布置在省煤器和空氣預(yù)熱器之間。在尾部煙道的這個區(qū)段，煙氣溫度是SCR催化劑最佳的活性溫度，催化劑催化活性最高，但是此段的煙氣尚未經(jīng)過除塵系統(tǒng)除塵，煙氣中的飛灰含量很高，對催化劑防磨損和防堵塞的性能要求較高。

SCR系統(tǒng)低飛灰布置將反應(yīng)系統(tǒng)布置在除塵系統(tǒng)之后。這種布置方式，煙氣經(jīng)過除塵，飛灰含量已經(jīng)大大降低，對催化劑的磨損、堵塞要求降低，但是此區(qū)段煙氣溫度較低，催化劑的活性比較差。若要達到催化劑的最佳性能，需要安裝換熱器將煙氣溫度提高，從而會增加系統(tǒng)的運行成本，系統(tǒng)也會復(fù)雜。

SCR系統(tǒng)末端布置在以上3種布置方式中成本最高。主要是熱交換系統(tǒng)的投資和運行成本，此布置方式的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，迫切需要低溫催化劑的研制。

3 SCR系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的問題及對策

綜上所述，燃煤電廠應(yīng)用較為廣泛的煙氣脫銷技術(shù)是高飛灰布置的還原劑以氨氣為主的SCR脫硝系統(tǒng)。我國煙氣脫硝技術(shù)仍處于起步階段，有關(guān)脫硝的技術(shù)規(guī)范和標準仍處于制定階段，還不夠完善，不論從設(shè)計、施工、運行及后期維護上都存在一定的問題。

高飛灰布置方式的SCR系統(tǒng)，催化劑具有良好的活性，但是未經(jīng)過除塵的煙氣經(jīng)過SCR反應(yīng)器時，煙氣中含有的大量飛灰顆粒對催化劑的沖擊腐蝕十分嚴重；飛灰中含有的重金屬及其氧化物對催化劑的活性損害也十分嚴重，這都要求催化劑具有較高的穩(wěn)定性。另外，反應(yīng)器的下游還布置著空氣預(yù)熱器和煙氣脫硫系統(tǒng)等鍋爐中的重要設(shè)備，未完全反應(yīng)的NH3會與煙氣中的SO3反應(yīng)生成可能會對后續(xù)設(shè)備產(chǎn)生危害的硫酸銨、硫酸氫銨等物質(zhì)，甚至還會對粉煤灰的質(zhì)量造成影響，使粉煤灰難以綜合利用。

若是對已建成的機組增建脫硝系統(tǒng)，因為場地限制，使得布置方式難以實現(xiàn)，另外還會對鍋爐效率、風(fēng)機功率等有影響，使得電廠發(fā)電成本升高，運行危險系數(shù)增大。

針對脫硝系統(tǒng)運行出現(xiàn)的問題，首先迫切需要完善的脫硝技術(shù)規(guī)范和標準的制定。（1）在設(shè)計初期就要綜合考慮整個發(fā)電系統(tǒng)的整體影響，充分與脫硫、除塵等系統(tǒng)配合，使整個發(fā)電系統(tǒng)達到最優(yōu)。（2）定期進行試驗。測量入口煙氣流速、調(diào)整噴氨閥門。通過定期試驗找到隱藏于系統(tǒng)中的缺陷。（3）增加入口支撐及易磨損部位的防磨措施。（4）建立健全脫硝系統(tǒng)各設(shè)施的檢修規(guī)程等管理制度。定期檢修維護各類設(shè)備及自控儀表等。

4 結(jié)語

煙氣脫硝系統(tǒng)日益成為燃煤電廠不可或缺的系統(tǒng)之一，對其的運行維護是一個新課題，也是研究領(lǐng)域一個新的方向。在SCR系統(tǒng)運行過程中應(yīng)密切監(jiān)視，預(yù)防控制系統(tǒng)中的危險點，保障脫硝系統(tǒng)經(jīng)濟可靠安全運行。

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