1、火电厂烟气脱硝技术初探摘要：本文系统梳理分析了 SCR 脱硝工程的重要节点，分析了氨区安全、烟道与反应器流场分布、催化剂与热工控制的重要性及注意事项。第一，氨储存、供应系统的安全性至关重要。氨区作业必须佩戴人身防护设备，氨区同时需要设置安全喷淋、安全淋浴、洗眼器。氨区阀门在选型、采购、施工、调试等各个环节必须依照规定严格把关。第二，烟道与反应器流场分布是决定脱硝系统性能的重要保证，施工时必须严格依照图纸施工。第三，催化剂的安装要注意防积灰及密封，同时要关注吹灰器的安装及运行情况。第四，热工控制可以使系统实现自动运转，尤其喷氨量的控制尤为重要，喷氨量控制逻辑为热工控制的关键。 关键词：火电厂烟气
2、 ；SCR 脱硝 ；选择性催化还原法 ；催化剂 ；热工控制 中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号： 1 火电厂 SCR 烟气脱硝工程系统的基本组成与工艺流程 典型的火电厂 SCR 烟气脱硝系统由氨存储、供应系统和 SCR 反应系统组成。如图 1 所示： 图 1 典型的火电厂 SCR 烟气脱硝系统 2 工艺流程的系统 2.1 氨存储、供应系统 液氨储存、供应系统一般包括氨卸料压缩机、液氨储罐、液氨输送泵、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽、稀释风机、氨/空气混合器、氨气稀释槽、废水池、废水泵等。该系统提供氨气作为还原剂供脱硝 SCR 工艺系统反应使用。其中液氨输送泵、卸料压缩机等设备通常可以依据工程
3、建设地气候等因素略去。氨存储、供应系统的液氨由槽车从电厂外运输而来。 2.2SCR 反应系统 SCR 反应系统主要包含烟道系统、氨稀释及喷射系统、反应器（催化剂）及吹灰系统。省煤器出口烟气经由 SCR 入口进入 SCR 入口烟道，与喷入的氨/空气混合气均匀混合，从上部进入反应器，通过整流装置，垂直流经催化剂，在催化剂的作用下，氨气和和烟气中的 NOx 反应生成氮气和水，最后通过出口烟道进入空预器。催化剂有板式、波纹板式和蜂窝式。 3 火电厂 SCR 烟气脱硝工程的重要节点 笔者认为，从保证 SCR 系统性能层面上讲，SCR 烟气脱硝最为核心的技术为：烟道及反应器流场分布、催化剂、热工控制（例如
4、：喷氨流量控制、液氨蒸发功率控制、供氨压力控制等） 。除此以外，氨储存、供应系统的安全是整个脱硝系统安全的重中之重。笔者依据在脱硝工程监理工作中的经验，于本章节对烟气脱硝工程的重要节点进行梳理分析，并对烟气脱硝工程的监理、设计、施工及调试等工程环节提出建议。 3.1 氨储存、供应系统的安全 氨是剧毒危险品，具有强烈的亲水性及脱水性，一定浓度的氨对人的皮肤、眼睛、肺部会造成严重伤害。当氨气与空气的混合浓度达到1526vol.%时，遇明火或者高温时会发生爆炸。 危险化学品重大危险源辨识 （GB18218-2009）规定，10t 以上的液氨存储区为重大危险源。关。阀门安装前在现场对阀门严密性进行检测
5、处理并且必须将管道内的焊渣、灰尘、铁屑等杂质清理干净。氨区在施工结束后，要按照规定进行水压试验，同时必须进行气密性试验。在卸氨前，需要对系统内的空气进行置换，以避开氨气与空气的混合浓度的爆炸极限 1526vol.%。由于 O2 不溶于氨，会加速器壁、管壁的腐蚀，所以置换后系统内 O2 含量要低于 1vol.%。 3.2 烟道及反应器流场分布 SCR 脱硝系统的压力损失、烟道内烟气速度的分布偏差、催化剂入口的烟气流速的相对偏差、烟气最大偏转角度、催化剂入口 NH3/NOx 摩尔比的最大绝对偏差等是影响脱硝系统性能的重要参数，而这些参数是否能达到技术协议的要求，则取决于烟道及反应器流场分布。下表为
6、某催化剂厂家对催化剂来流烟气的流场条件的要求： 表 1 某催化剂厂家对催化剂来流烟气的流场条件的要求 一般地，脱硝系统烟道及反应器依据现场完成外形几何设计和布置，并依据经验设计烟道及反应器内的导流及整流设施。然后依照初步的设计由 CFD 软件在计算机上进行数值模拟研究，对初步设计进行调整，直至达到理想的设计参数。之后再将烟道及反应器实际大小缩小 1020 倍构建物理模型，模拟实际工况进行试验，以验证数值模拟研究的结论。 故此，在烟道及反应器设计时，设计方会在喷氨格栅之后、烟道90弯头、催化剂床层入口等处加设导流及整流设施，这些导流、整流设施是依据流场数值模拟研究及物理模型试验结论设计的，是保证
7、烟道及反应器流场分布合理的重要设施。所以，在施工时必须严格遵守蓝图的设计，以保证烟道及反应器流场分布的均匀性。在施工过程及施工阶段性验收时，监理、施工、设计、调试等单位必须严格把关。 3.3 催化剂 目前商用的 SCR 催化剂主要的活性成分为钒、钨、钛的氧化物，其形式有板式、波纹板式及蜂窝式三种类型。如图 2 所示： 图 2 催化剂的形式 三种类型催化剂的其优缺点如下： 由于目前电厂 SCR 普遍采用高灰布置，所以催化剂面临堵塞、磨损及中毒等问题。催化剂填装在反应器当中，分为若干个模块，安装时逐块吊装，之后进行防积灰及密封焊接。催化剂上部的防积灰是用倒“V”形板及无缝钢管焊接在催化剂模块之间的
8、空隙上。用钢板密封住催化剂底部的缝隙，防止烟气短路造成催化剂脱硝效率的降低。爆米花灰粒径较大，抵达催化剂床层时会在催化剂板间或蜂窝孔上造成搭桥，进而引发堵塞，加速堵塞区域附近催化剂的磨损，降低催化剂的脱硝效率，加大催化剂中毒的风险。所以，笔者建议在锅炉省煤器出口、喷氨格栅之前加设防爆米花灰挡板。 在 SCR 运行中，吹灰器是保证催化剂避免堵塞、降低催化剂中毒风险的重要设备。故吹灰器是脱硝系统的一个重要节点。 3.4 热工控制 脱硝系统的自动化率几乎可以达到 100%，系统一旦启动稳定后，氨气的供应、氨流量的控制等均可以实现自动化。在脱硝热工控制中，氨供应压力的控制、喷氨量的控制尤为重要，前者是
9、整个系统平稳运行的重要保证，后者是脱硝系统性能实现的重要保证。后者的实现又依赖于前者。通常地，氨气在进入喷氨格栅之前，在行将出氨区时其压力会受到一系列的调整，压力调节系统由液氨流量调节阀、氨蒸发器、压力调节阀（例如自力式减压阀） 、氨气缓冲罐等组成。流量调节阀的开度与氨气缓冲罐的压力联锁，液氨蒸发器热媒功率恒定、自力式减压阀采用阀后调节，如此即可实现供氨的稳定供应。喷氨量的控制是整个脱硝系统控制的核心构成。常用的控制方法为固定摩尔比控制方式。该控制方式是基于脱硝效率和催化剂脱硝能力的控制方式，在该控制方式下系统按照固定的氨氮摩尔比脱除烟气中 NOx，这种控制方式是设定值可调的单回路控制系统，控
10、制回路简单易于调试和 整定。氨气流量设定值计算如下： NOx=总烟气量SCR 入口 NOx 浓度；NH3（流量信号）=NOx氮氨摩尔比。采集烟气量、反应器出入口氮氧化物浓度等数据，与设定值进行比较，计算出所需喷氨量，然后再和实际喷氨量进行 PID 调节，将微调指令发送给调节阀改变调节阀的开度，实现喷氨量的控制。 热控控制逻辑的设计、施工、调试是脱硝系统重要的节点之一。 参考文献： 1陈进生火电厂烟气脱硝技术 - 选择性催化还原法M中国电力出版社，2008 2邹鹏，熊志波，等钒钛 SCR 脱硝催化剂低温研究进展J电力科技与环保，2011，27（5） 3沈洵SCR 脱硝还原剂的制备技术研究J能源与环境，2011， （4） 作者简介：郑平平（1983）男，江苏淮安人，江苏省宏源电力建设监理有限公司监理员，从事锅炉本体、脱销、脱硫安装监理工作。
