對SCR稀釋風系統(tǒng)的優(yōu)化改造

田立先

（鄭州市鄭東新區(qū)熱電有限公司，河南 鄭州 450000）

煤電目前仍是我國電力能源的主要組成部分，自然煤炭也是現階段我國最主要的能源。然而，煤炭燃燒產生的大量污染物嚴重影響著環(huán)境質量，尤其所排放的的氮氧化物是造成大氣污染的重要污染物之一。

鄭州市某電廠2×210MW熱電聯(lián)產機組煙氣脫硝采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝工藝，煙氣從鍋爐豎井煙道后尾部煙道上級空預器引出，通過SCR反應器進行脫硝反應后，再送省煤器前煙道（如圖1）。脫硝還原劑采用液氨，在設計煤種、鍋爐各種工況，均能實現氮氧化物排放濃度小于50mg/Nm3設計原則，達到國家標準。

圖1

本文將重點提出稀釋風系統(tǒng)的改造方案，以解決冬季嚴寒天氣下（環(huán)境溫度低于0℃），稀釋風管道堵塞，稀釋風量大幅度波動的問題，同時，也提了出運行維護中的一些措施以供參考。

1 選擇性催化還原反應

1.1 SCR 基本原理

脫硝的基本反應方程式：

NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

脫硝反應區(qū)基本流程如下（圖2）。

1.2 脫硝系統(tǒng)主要設備

脫硝系統(tǒng)主要包括SCR反應區(qū)與液氨存儲區(qū)（圖1），具體如下：

SCR反應區(qū)主要設備包括氨/空氣混合系統(tǒng)、SCR反應器系統(tǒng)、催化劑裝卸系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、聲波/蒸汽吹灰、控制系統(tǒng)。

圖2

液氨存儲區(qū)主要設備包括卸料壓縮機、液氨儲罐、液氨輸送泵、儀用壓縮空氣罐、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、氣氨稀釋罐、疏水泵、廢水泵等。

1.3 氨/空氣混合系統(tǒng)

氨/空氣混合系統(tǒng)，又稱稀釋風系統(tǒng)。每臺鍋爐的左右側分別設置一個混合器，即混合聯(lián)箱。鍋爐10米布置兩臺稀釋風機，一臺運行一臺備用，氨區(qū)的液氨通過蒸發(fā)器蒸汽加熱成為氨氣，輸送至爐前與稀釋風匯合，在氨氣-空氣混合聯(lián)箱內進行混合，然后，進入SCR反應器，通過氨噴射系統(tǒng)與煙道內煙氣進行反應。為了使混合均勻且氣體安全，稀釋風流量按額定負荷所需氨量的1.15倍、與空氣的混合比例為5%設計。氨的注入量控制是由SCR進出口NOx、O2濃度、煙溫、稀釋風量、煙氣流量來控制的。

2 稀釋風量下降的原因分析

2.1 稀釋風量下降

通過氨氣與空氣的混合稀釋，使混合后的稀釋風中氨氣的濃度遠低于其爆炸范圍(16%～25%)，同時，使氨氣在混合器內分布均勻，進入SCR入口的稀釋風中氨氣的濃度達到5%左右。

為達到上述混合后稀釋風標準，在不低于80%額定鍋爐負荷下，運行中稀釋風機出口至A/B兩側的稀釋風量應不低于2200Nm3/h，正常應數值2400～2600Nm3/h。然而，在冬季嚴寒工況下（環(huán)境溫度低于0℃），極易出現稀釋風量突然下降（大約降至1700Nm3/h以下），同時，導致噴入SCR反應區(qū)的氨氣混合物減少，弱化了選擇性催化還原反應，進而導致出口氮氧化物快速上升，導致環(huán)保事故的發(fā)生。

2.2 原因分析

通過運行經驗分析，在常溫條件下，空氣在稀釋風機加壓之后，仍是干燥的空氣，與氨氣混合后的氨氣空氣混合物也正常。但是，當環(huán)境溫度低于0℃時，稀釋風管道里空氣中的少量水分會凝結水珠，由于氨氣極易溶于水，所以，會出現稀釋風管道水堵塞現象，俗稱水塞，進而影響氨氣和稀釋風的流通和混合，出現稀釋風量急劇下降的現象。同時，由于氨氣管道未安裝保溫棉，沒有采取保溫措施，更加劇了這一現象。

3 優(yōu)化改造方案

3.1 稀釋風管道伴熱改造

為了減少稀釋風管道內空氣中的水分，減少水珠凝結現象，可以設法提高稀釋風的溫度。為此，在稀釋風機入口側面切割開一小孔，同時，將附近一干燥風管道（空預器出口至制粉系統(tǒng)熱風干燥風）開一小孔，通過管道連接，并加裝閥門（圖3）。由于熱風溫度不低于200℃，在環(huán)境溫度低于0℃時，可以適當打開此閥門，提高稀釋風管道內空氣的溫度，進而減少在氨氣空氣混合聯(lián)箱內水珠的凝結，從而避免大量氨氣溶于水而形成的水堵塞現象，保證氨氣—空氣正常混合。

圖3

實踐經驗證明，當冬季嚴寒天氣到來，可以通過調整新加裝伴熱管道的閥門刻度大小，使稀釋風機后管道內空氣溫度維持在60～70℃（過高可能損壞密封墊），可以保證氨氣-空氣混合聯(lián)箱不出現水堵塞現象，從而保證SCR系統(tǒng)的正常運行。

3.2 氨氣管道加裝伴熱裝置

另一方面，氨氣從氨區(qū)由液氨通過蒸汽加熱變成氨氣通過管道輸送過來至爐前，由于距離較遠，沿途管道會有熱量損失，導致爐前氨氣溫度偏低，與稀釋風在混合聯(lián)想中容易形成水堵塞現象，冬季嚴寒情況會加劇這一現象。

因此，通過對氨氣調整門前后相關氨氣管道，以及氨氣—空氣混合聯(lián)箱管道，加裝電加熱保溫裝置，在冬季嚴寒天氣下，可以投入電加熱裝置，以此來可以提高氨氣溫度，減少水堵塞現象發(fā)生。

3.3 其他輔助措施

當然，還有其他輔助手段可以減少水堵塞現象的形成，比如，在沿途氨氣管道地位點，以及氨氣—空氣混合聯(lián)箱加裝疏放水閥，在可能出現水堵塞時定期放水。另外，冬季嚴寒天氣時，可以適當提高氨氣壓力，適當開大蒸汽調整門來提高氨氣蒸發(fā)器后的氨氣溫度等，也可以減小水堵塞現象發(fā)生的概率。

4 結語

通過對稀釋風系統(tǒng)進行上述優(yōu)化改造方案，投資不高，且在機組正常運行中即可完成方案改造，但是，效果非常明顯，可以有效避免稀釋風管道水堵塞現象，杜絕了環(huán)保事件的發(fā)生，保證了機組安全環(huán)保穩(wěn)定運行。