燃煤機(jī)組SCR脫硝超低排放改造的技術(shù)研究

韓 松，李凱華

(1.西安航天動(dòng)力研究所，陜西 西安 710100；2.西安航天源動(dòng)力工程有限公司，陜西 西安 710100)

煙氣SCR脫硝工藝是目前燃煤鍋爐煙氣NOx減排的主要技術(shù)之一，該技術(shù)在整個(gè)火電領(lǐng)域脫硝方面占有絕對(duì)主導(dǎo)地位。近年來，隨著燃煤電廠超低排放期限的到來，部分企業(yè)將面臨著新一輪NOx超低排放改造需求。筆者通過調(diào)研多個(gè)NOx超低排放改造項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)部分企業(yè)對(duì)于NOx超低排放改造的重視程度不夠，簡單地認(rèn)為“SCR技術(shù)本身較為成熟，改造很簡單”，他們傾向于通過“添加備用層催化劑的方式[1](常規(guī)SCR設(shè)計(jì)中通常預(yù)留一層催化劑的安裝空間)”實(shí)現(xiàn)超低排放的目的。通過分析發(fā)現(xiàn)該種現(xiàn)象主要由以下幾大認(rèn)知誤區(qū)引起的。

存在僥幸心理。一些電廠為了節(jié)約改造成本，脫硝超低排放改造工程一拖再拖，且抱有僥幸心理：他們往往選擇在最終期限來臨之前，將排放指標(biāo)要求和改造時(shí)間節(jié)點(diǎn)的壓力轉(zhuǎn)嫁給環(huán)保公司，期望以最少的投資獲得滿足超低排放改造要求的結(jié)果。殊不知，這種僥幸心理極有可能出現(xiàn)“不能按期完成改造或者改造后不能達(dá)標(biāo)”的窘?jīng)r。要知道隨著SCR排放要求進(jìn)一步提高，脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和控制精度是有質(zhì)的飛躍，其改造難度非常大。

對(duì)SCR系統(tǒng)認(rèn)識(shí)不深刻，低估超低改造的工作量。常規(guī)排放的SCR項(xiàng)目中多數(shù)采用“2+1”的建設(shè)模式，即第一批安裝的催化劑運(yùn)行一段時(shí)間，催化劑因煙塵中的重金屬沉積、粉塵顆粒磨損等問題極易出現(xiàn)催化活性不斷降低(未完全失去活性)的情況。其催化活性降至一定程度后，在備用層添加第二批新催化劑以保證脫硝效率，同樣地，一定時(shí)間后，可將第一批催化劑拆除，更換為第三批新催化劑，以此類推，可最大程度地延長每一批次催化劑的使用壽命。SCR選用“2+1”模式主要目的是在于盡可能延長催化劑使用時(shí)長，降低企業(yè)運(yùn)行成本。顯然，僅采用在增加備用層催化劑的方式，將會(huì)縮短催化劑使用壽命(提前淘汰舊催化劑，更換新催化劑)。另外，不對(duì)整體供氨能力、氨分布器、催化劑活性等設(shè)施或設(shè)備進(jìn)行對(duì)應(yīng)核算，僅簡單地增加備用層催化劑是無法達(dá)到超低排放的。

不可否認(rèn)，SCR加裝備用層催化劑的脫硝改造方法不失為一種提效思路，某些情況下，改造后短期內(nèi)排放口NOx濃度有所降低。然而實(shí)際情況往往比較復(fù)雜，因此需要綜合考慮多種因素后確定改造方案。筆者為了確保改造后的脫硝系統(tǒng)可以長期高效穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行，通過分析多個(gè)項(xiàng)目形成以下幾點(diǎn)建議，希望可以為SCR超低排放改造提供一些思路。

1 SCR反應(yīng)器前、后煙氣參數(shù)的測(cè)試

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，存在因鍋爐本身的局部改造或者燃燒煤種、工作負(fù)荷等變化，其運(yùn)行數(shù)據(jù)偏離原設(shè)計(jì)值的現(xiàn)象。在脫硝超低改造設(shè)計(jì)階段，若僅憑早期的鍋爐設(shè)計(jì)資料，不進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)測(cè)試極易出現(xiàn)改造失敗的局面。為更好的滿足脫硝超低排放要求，建議正式改造前，采用合適測(cè)試位置和科學(xué)測(cè)試方法實(shí)測(cè)SCR脫硝設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如煙氣體積流量、煙氣溫度、灰塵濃度、NOx濃度、O2濃度、SOx濃度。此外，SCR反應(yīng)器前后煙氣參數(shù)的測(cè)試可以獲取現(xiàn)有系統(tǒng)的脫硝效果，有利于隨后超低排放改造方案的確定和對(duì)改造效果的評(píng)估。

2 現(xiàn)有催化劑活性的測(cè)試

兩層新裝催化劑的總脫硝效率可達(dá)75%～84%，但考慮到現(xiàn)有SCR催化劑存在堵塞、偏流、中毒或磨損等現(xiàn)象引起的催化活性降低等情況，實(shí)際操作過程中除了對(duì)進(jìn)出口NOx數(shù)據(jù)的在線檢測(cè)外，還需對(duì)現(xiàn)有催化劑進(jìn)行取樣并做催化活性測(cè)試，以便于核算催化劑的更換頻率和新增催化劑的加裝量。

3 加強(qiáng)流場(chǎng)的均布性[2-3]

流場(chǎng)均布性的優(yōu)化有利于煙氣在SCR反應(yīng)器橫截面均勻分布，避免局部出現(xiàn)煙氣流速過高導(dǎo)致氨逃逸、NOx超標(biāo)、局部催化劑磨損加劇等現(xiàn)象以及局部煙氣流速過低導(dǎo)致催化劑局部積灰等問題。以上任何一項(xiàng)均不利于排放口NOx的超低排放。考慮到目前難以對(duì)已有的SCR反應(yīng)器進(jìn)行大規(guī)模改造，建議綜合借助CFD流場(chǎng)模擬和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等手段指導(dǎo)反應(yīng)器內(nèi)部導(dǎo)流部件的優(yōu)化。

4 降低氨逃逸量

氨作為SCR脫硝還原劑，在SCR脫硝反應(yīng)中往往存在通過犧牲氨耗量來達(dá)到超低排放要求的運(yùn)行模式，這種模式顯然增加了氨的逃逸量。雖然行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)識(shí)到這是一種不合理的運(yùn)行模式，但受既有SCR反應(yīng)器內(nèi)氨的均布情況和混合效果的限制以及經(jīng)濟(jì)成本的制約，工程界很少進(jìn)行更加深入的實(shí)驗(yàn)與工程測(cè)試。近年來，越來越多的專家提出逃逸的氨不比NOx危險(xiǎn)小的觀點(diǎn)，他們給出的依據(jù)之一是氨逃逸容易造成空氣預(yù)熱器堵塞，影響鍋爐系統(tǒng)安全運(yùn)行[4]，因此未來的氨逃逸在線監(jiān)控將成為SCR超低排放效果評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。從減少氨逃逸操作可行性上講，確保氨在噴射橫截面的均勻噴射、氨/煙氣均勻混合、氨在SCR催化劑表面快速反應(yīng)、煙氣在SCR橫截面的均勻分布成為控制氨逃逸、提高SCR脫硝效能的必然手段。因此，本文認(rèn)為為了達(dá)到降低氨逃逸的目的，改造過程需對(duì)現(xiàn)有的供氨、噴氨的設(shè)備、管線、儀表等進(jìn)行多維度校核和優(yōu)化，必要時(shí)候也可采取局部改造的措施。

5 個(gè)性化設(shè)計(jì)吹灰系統(tǒng)[5-6]

SCR催化劑布置在含高濃度灰塵環(huán)境下，經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重地磨損、堵塞等問題。分析該現(xiàn)象的原因發(fā)現(xiàn)煙氣量一定的情況下，催化劑運(yùn)行過程中出現(xiàn)流通截面積堵塞現(xiàn)象，該現(xiàn)象極易導(dǎo)致空床流速劇增，此時(shí)煙氣攜帶的大量灰塵(表面硬度較大)顆粒會(huì)加劇催化劑的磨損。因此，正式實(shí)施改造前需實(shí)地檢查SCR反應(yīng)器內(nèi)部的積灰和磨損情況并評(píng)估現(xiàn)有配套吹灰系統(tǒng)的運(yùn)行效果，若存在明顯地積灰，則需在改造過程中設(shè)置個(gè)性化吹灰系統(tǒng)，如調(diào)整吹灰頻率、吹灰類型、吹灰器設(shè)計(jì)位置，達(dá)到減少積灰的目的。

實(shí)際項(xiàng)目中，個(gè)別企業(yè)對(duì)SCR脫硝超低排放改造持有消極態(tài)度，他們認(rèn)為SCR超低排放改造工程屬于加大環(huán)保投資且沒有經(jīng)濟(jì)效益回報(bào)的項(xiàng)目，這一認(rèn)識(shí)與筆者觀點(diǎn)不同。筆者通過對(duì)比多個(gè)企業(yè)超低改造案例后發(fā)現(xiàn)，SCR不但具備社會(huì)效益還具備一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。一方面SCR超低排放改造符合國家環(huán)保要求，因此具備一定的社會(huì)效益；另一方面，SCR超低排放改造是全面檢查3～5年前投運(yùn)的脫硝工藝和解決遺留問題、運(yùn)行故障診斷的最佳機(jī)會(huì)，因此具備較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。從另外一個(gè)方向分析，3 ～5年前受環(huán)保政策影響，很多企業(yè)在較短時(shí)間內(nèi)完成了SCR脫硝工程的建成和投產(chǎn)。由于當(dāng)時(shí)環(huán)保項(xiàng)目上馬較多，同時(shí)環(huán)保企業(yè)魚目混雜，對(duì)脫硝工藝消化吸收差異較大，造成建設(shè)的脫硝系統(tǒng)質(zhì)量良莠不齊。同時(shí)，這些年SCR技術(shù)不斷進(jìn)步，不得不說脫硝超低排放改造既是大勢(shì)所趨，也是查漏補(bǔ)缺、二次提效的絕佳機(jī)會(huì)。

6 結(jié)論

SCR脫硝超低排放改造絕不是簡單的增加備用層催化劑，而需系統(tǒng)地診斷現(xiàn)有SCR脫硝系統(tǒng)，全方位核算現(xiàn)有SCR脫硝設(shè)計(jì)參數(shù)，升級(jí)改造現(xiàn)有SCR工藝設(shè)備，以滿足全時(shí)段NOx超低排放要求。從操作角度分析，SCR脫硝超低排放改造需要在充分了解脫硝系統(tǒng)運(yùn)行及設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上給出改造方案，可借助煙氣參數(shù)測(cè)試、催化劑活性檢測(cè)等手段確定改造思路，另外通過加強(qiáng)對(duì)脫硝流場(chǎng)和吹灰系統(tǒng)來提高脫硝效率，達(dá)到降低氨逃逸和系統(tǒng)壓降的目的，從而在實(shí)現(xiàn)超低改造的同時(shí)還能“節(jié)能降耗”。