淺談SCR脫硝技術在150MW煤粉爐上的應用

王智博

【摘 要】本文介紹了SCR工藝的原理、流程、技術特點和運行成本分析等，闡述了SCR工藝具有技術成熟、運行易于控制、安全可靠、脫硝率高、運行成本比較低等優點，針對SCR工藝存在的空氣預熱器積鹽堵塞提出了預防措施：（1）降低氨氣逃逸量，氨氣逃逸率嚴格控制在3ppm以下；（2）采用低SO /SO 轉化率的脫硝催化劑；（3）嚴格控制噴氨量，使氮氧化物出口濃度控制在50～80mg/m 之間；（4）選擇合適的空氣預熱器吹灰系統。

【關鍵詞】火電廠 SCR煙氣脫硝 氨氣 安全

1 脫硝原理

SCR脫硝裝置采用高塵區布置的方式：SCR反應器布置在鍋爐省煤器和空氣預熱器之間。在反應器中，噴入的氨氣與煙氣中氮氧化物反應，在催化劑和280～420 攝氏溫度作用下，發生如下脫硝反應：

4NO + 4NH3 + O2 —→ 4N2 + 6H2O

4NH3 + 2NO2 + O2—→ 3N2 + 6H2O

NO2 + NO + 2NH3 —→ 2N2 + 3H2O

脫硝產物是氣態N2和H2O，隨煙氣排向大氣，不會造成二次污染。

2 工藝系統組成及設計參數

2.1 工藝系統組成

SCR脫硝工藝系統可分為液氨卸料儲運系統、氨氣制備和供應系統、氨/空混合和噴射系統、煙氣系統、蒸汽吹灰系統和廢水吸收處理系統等。

（1）液氨卸料和存儲系統；液氨的供應由液氨槽車運送進廠，利用卸料壓縮機抽取液氨儲罐中的氨氣，在槽車和液氨儲罐間形成壓差，將槽車內的液氨抽入液氨儲罐中。系統包括兩臺卸料壓縮機（一運一備）、兩臺液氨儲罐。（2）氨氣制備和供應系統；氨氣制備和供應系統系統主要作用是向SCR系統提供足夠的氨氣，以保證脫硝反應的進行，從而降低煙氣中NOX濃度。系統主要包括三臺液氨供應泵、兩座液氨蒸發槽和兩座氨氣蒸發槽。（3）氨氣混合和噴射系統；噴入反應器煙道的氨氣是被空氣稀釋到5%左右氨/空混合氣體。氨氣混合和噴射系統主要是利用空氣作為載體，將氨氣送至脫硝的煙氣系統內。氨氣進入混合器后與稀釋空氣進行混合，比例不小于19：1，使混合氣體濃度大大低于爆炸極限（15.5～25%），以免混合氣體發生爆炸。氨/空噴射系統包括供應支管、氨噴射器等；每個供應管道上都裝有手動蝶閥和流量孔板，根據煙道中煙氣取樣分析得出NH 和NO 的分布值，通過調節手動蝶閥使氨氣在煙氣中分布的更均勻。氨氣噴射器安裝在反應器上游的豎直進口煙道上，使氨氣與煙氣均勻混合具有足夠的反應距離。脫硝反應的氨耗量取決于進/出口煙道的NO 值，通過氨流量控制器計算并經流量控制閥進行調節。（4）煙氣系統；每一臺爐配置兩套煙氣系統，包括兩套進/出口煙道、兩套頂部煙道及兩套反應器。每套反應器內設有2+1層催化劑。（5）吹灰系統；脫硝吹灰系統包括聲波吹灰和蒸汽吹灰兩部分。吹灰系統的主要作用是將催化劑中的積灰盡可能吹掃干凈，以免因死角造成催化劑失效，從而導致脫硝效率下降和反應器煙氣阻力的增加。（6）廢水吸收處理系統；用于處理事故狀態或設備檢修時排放的氨氣，氨氣經收集管進入氨氣吸收槽用水進行吸收后進入廢水池，經廢水泵升壓后輸送到甲醇廢水池。系統包括一臺氨氣吸收槽、一座廢水池、兩臺廢水泵。

2.2 設計參數

（1）液氨品質參數 表1所示。

表1 液氨品質參數

指標名稱 單位 合格品 備 注

氨含量 % 99.6

殘留物含量 % 0.4 重量法

密度 kg/l 0.5 25℃時

壓力 MP

1.6

（2）主要設備參數表2所示。

表2 主要設備參數

序號 名稱 規格型號 單 位 數量 備 注

一 氨的制備供應系統

1 液氨儲罐 設計壓力：2.0MP

設計溫度：50℃

容積：60m3 臺 2

2 氨吸收罐 設計溫度：50℃

體積：118m3 臺 1

3 卸氨壓縮機 ZW-0.6/16-24

防爆等級DIIBT4

P=11KW

排氣壓力：2.4MP

吸氣壓力：1.6MP

排氣量：36Nm3/h 臺 2

4 液氨供應泵

P=3.7KW

揚程：60m

流量：1m3/h

電流：10.8A 臺 2

5 液氨液氨蒸發槽 容積：0.6m3

設計壓力：2.5 MP

工作壓力：1.6

換熱面積：0.6m2 臺 2

6 緩沖罐 容積： 2.5m3

壓力： 0.28-0.35MP

臺 2

3 運行控制

3.1 氨氣投加控制

液氨經過蒸發槽蒸發產生氨氣，在混合器中被空氣稀釋成氨氣體積分數為5%的氣體，噴入反應器中進行脫硝反應，稀釋的氨氣質量濃度是根據純氨氣給料來控制的。氨氣投加量根據反應器進出口NO濃度來調節。氨氣系統設有反應器低溫、高溫保護以及反應器進出口壓差保護，當溫度低于280℃ 或高于420℃時，氨氣停止投加；當反應器進出壓差超過設定值時，氨氣也要停止投加。

3.2 吹灰控制

吹灰采用聲波吹掃和蒸汽吹掃方式，聲波吹掃采用連續運行方式，定期吹掃。而蒸汽吹掃要根據反應器進出口壓差來控制。

3.3 工藝特點

（1）無固體廢物和廢水產生；氨與煙氣中的氮氧化物在催化劑作用下完成脫硝反應，反應產物是氣態N2和H2O，隨煙氣排向大氣。反應過程在氣相中進行，反應溫度為280～420℃，無水參與反應，也沒有氣態水冷凝。所以，SCR煙氣脫硝工藝無固體廢物和廢水產生。（2）脫硝反應充分、氨氣逃逸少；反應器殼體為長方體，垂直布置，煙氣沿垂直方向自上而下流至空氣預熱器。在殼體內水平布置多層蜂窩狀催化劑，煙氣沿催化劑孔隙穿流而過，這樣使煙氣在反應器內均勻布置。氨氣從反應器進口噴入，隨煙氣經過反應器入口導流板、均流器后，進入催化劑層，使氨氣在煙氣中混合均勻。氨氣與煙氣中的氮氧化物充分接觸，反應完全，脫硝率高達80%以上；殘留氨氣少，可控制氨氣逃逸率在3ppm以下。（3）與主機鍋爐聯系密切；反應器布置在省煤器與空氣預熱器之間，設有旁路，可以實現SCR煙氣脫硝裝置的在線檢修和催化劑更換。從結構上講，支撐脫硝裝置的鋼架與鍋爐鋼架連在一起，而且，脫硝裝置的運行與主機鍋爐運行也密切相關，因此，控制系統可以做在一起，這樣使運行管理既方便又安全可靠。（4）催化劑要定期更換；反應器中催化劑長時間運行后，催化反應的效能會慢慢下降，直至失效。SCR煙氣脫硝裝置運行引起催化劑失效原因有化學和物理兩個方面因素。煤在鍋爐中燃燒會產生重金屬，隨煙氣進入脫硝反應器，與催化劑發生置換反應，引起催化劑化學中毒，這是化學方面的原因。催化劑表面積灰，也會引起失效，這就是物理方面的原因。（5）工藝簡單、易于控制；在鍋爐左側、右側排煙各裝一個反應器，四臺鍋爐共八個反應器，四個反應器共用一套供氨系統，工藝簡單。脫硝反應過程僅需要投加氨氣，運行中定期吹灰，加氨和吹灰比較容易控制。

4 運行中注意事項

4.1 防止空氣預熱器積鹽堵塞

氨氣是堿性物質，與煙氣中的酸性物質發生中和反應生成鹽類物質，如硫酸氫銨、硫酸銨等。

SO + 1/2O = SO

NH + SO + H 0 = NH HS0

2NH + SO + H 0 = （NH ） S0

化學反應產物隨煙氣進入空氣預熱器后，煙氣與冷空氣發生熱交換，溫度降低，達130℃，硫酸氫銨、硫酸銨在空氣預熱器換熱板上冷凝析出晶體物質與煙塵粘結一起沉積在空氣預熱器，造成空氣預熱器堵塞。

4.2 防止氨氣爆炸和泄漏

4.2.1 氨的特性

氨又稱氨氣（液氨），分子式為NH3，無色透明有刺激性臭味的氣體，具有毒性。在標準狀態下，其密度為0.771kg/m3，常壓下的沸點為-33.41℃，臨界溫度為132.5℃，臨界壓力為11.48MPa。氨氣與空氣或氧氣混合能形成爆炸性氣體，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸，爆炸下限為15.7%，爆炸上限為27.4%，引燃溫度為651℃。

4.2.2 氨的危害

氨揮發性大，刺激性強。低濃度氨對粘膜有刺激作用，高濃度氨可造成溶解性組織壞死。輕度中毒者出現流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、咯痰等；眼結膜、鼻粘膜、咽部充血、水腫；胸部X線征象符合支氣管炎或支氣管周圍炎。中度中毒上述癥狀加劇，出現呼吸因難、紫紺；胸部X線征象符合肺炎或間質性肺炎。嚴重者可發生中毒性肺水腫，或有呼吸窘迫綜合癥，患者劇烈咳嗽、咯大量粉紅色泡沫痰、呼吸急迫、昏迷、休克等。皮膚接觸液氨會引起化學性灼傷，使皮膚生瘡糜爛。液氨濺入眼內可引起凍傷，并變為蒼白色。

4.2.3 事故的預防

（1）氨泄漏事故的預防；一、使用單位必須執行中華人民共和國2002年3月15日實施的《化學危險品安全管理條例》。二、從事氨作業前必須編制有針對性、可操作性的安全措施，經審批簽字方可執行。三、已充氨的設備、管線在未卸壓前不得再緊固聯接件和密封件。四、氨區必須配備流動清水沖洗設施。五、氨區必須配備一定數量的勞動保護用具（防護服、防護眼鏡、防護手套、防毒面具）。六、氨泄漏監測裝置必須24小時實時監測，噴淋、消防水系統必須定期檢查，確保安全可靠。七、事故處理完畢后，按照事故“四不放過原則”召開事故分析會。（2）防火、防爆事故的預防；一、禁止在已投運的液氨、氣氨設備，管線及周圍進行動火作業。必須動火時，須按有關規定辦理動火工作票，并采取必要的安全防范措施。二、氨區周圍必須懸掛“禁止吸煙”、“禁止煙火”等安全標語，安全標識，氨區管理有關規定。

4.2.4 保障措施

（1）通訊保障；當班員工、當班負責人、值班負責人、企業負責人和單位應配備必要的通訊設備，并確保通訊設備完好和聯絡通暢。當聯系電話號碼發生變更時，應互相通報。公示報警電話和應報告部門名稱。（2）器材保障；配備必要人員救治、防毒、滅火等事故用品和器材。（3）知識保障；一、接受和自行經常性地進行安全培訓教育，提高安全意識。二、定期進行事故應急演練，提高人員救治和事故處置能力。

5 結語

SCR脫硝系統是成熟、可靠的工藝，該工藝不僅容易控制，而且運行安全可靠；脫硝產物可直排大氣，對大氣不會造成二次污染，具有廣闊的應用前景。SCR工藝初始投資較大，但脫硝率高、運行成本比較低。