王智博

【摘 要】本文介紹了SCR工藝的原理、流程、技術(shù)特點和運行成本分析等，闡述了SCR工藝具有技術(shù)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(yōu)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(zhuǎn)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(tǒng)。

【關(guān)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(qū)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(fā)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(chǎn)物是氣態(tài)N2和H2O，隨煙氣排向大氣，不會造成二次污染。

2 工藝系統(tǒng)組成及設(shè)計參數(shù)

2.1 工藝系統(tǒng)組成

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

（1）液氨卸料和存儲系統(tǒng)；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(nèi)的液氨抽入液氨儲罐中。系統(tǒng)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(tǒng)；氨氣制備和供應系統(tǒng)系統(tǒng)主要作用是向SCR系統(tǒng)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(tǒng)主要包括三臺液氨供應泵、兩座液氨蒸發(fā)槽和兩座氨氣蒸發(fā)槽。（3）氨氣混合和噴射系統(tǒng)；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(tǒng)主要是利用空氣作為載體，將氨氣送至脫硝的煙氣系統(tǒng)內(nèi)。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(fā)生爆炸。氨/空噴射系統(tǒng)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(jù)煙道中煙氣取樣分析得出NH 和NO 的分布值，通過調(diào)節(jié)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(jīng)流量控制閥進行調(diào)節(jié)。（4）煙氣系統(tǒng)；每一臺爐配置兩套煙氣系統(tǒng)，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(nèi)設(shè)有2+1層催化劑。（5）吹灰系統(tǒng)；脫硝吹灰系統(tǒng)包括聲波吹灰和蒸汽吹灰兩部分。吹灰系統(tǒng)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(tǒng)；用于處理事故狀態(tài)或設(shè)備檢修時排放的氨氣，氨氣經(jīng)收集管進入氨氣吸收槽用水進行吸收后進入廢水池，經(jīng)廢水泵升壓后輸送到甲醇廢水池。系統(tǒng)包括一臺氨氣吸收槽、一座廢水池、兩臺廢水泵。

2.2 設(shè)計參數(shù)

（1）液氨品質(zhì)參數(shù) 表1所示。

表1 液氨品質(zhì)參數(shù)

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(shè)備參數(shù)表2所示。

表2 主要設(shè)備參數(shù)

序號 名稱 規(guī)格型號 單 位 數(shù)量 備 注

一 氨的制備供應系統(tǒng)

1 液氨儲罐 設(shè)計壓力：2.0MP

設(shè)計溫度：50℃

容積：60m3 臺 2

2 氨吸收罐 設(shè)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(fā)槽 容積：0.6m3

設(shè)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(jīng)過蒸發(fā)槽蒸發(fā)產(chǎn)生氨氣，在混合器中被空氣稀釋成氨氣體積分數(shù)為5%的氣體，噴入反應器中進行脫硝反應，稀釋的氨氣質(zhì)量濃度是根據(jù)純氨氣給料來控制的。氨氣投加量根據(jù)反應器進出口NO濃度來調(diào)節(jié)。氨氣系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(xù)運行方式，定期吹掃。而蒸汽吹掃要根據(jù)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(chǎn)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(chǎn)物是氣態(tài)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(tài)水冷凝。所以，SCR煙氣脫硝工藝無固體廢物和廢水產(chǎn)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(nèi)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(nèi)均勻布置。氨氣從反應器進口噴入，隨煙氣經(jīng)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(lián)系密切；反應器布置在省煤器與空氣預熱器之間，設(shè)有旁路，可以實現(xiàn)SCR煙氣脫硝裝置的在線檢修和催化劑更換。從結(jié)構(gòu)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(guān)，因此，控制系統(tǒng)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(chǎn)生重金屬，隨煙氣進入脫硝反應器，與催化劑發(fā)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(cè)、右側(cè)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(tǒng)，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(zhì)，與煙氣中的酸性物質(zhì)發(fā)生中和反應生成鹽類物質(zhì)，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(chǎn)物隨煙氣進入空氣預熱器后，煙氣與冷空氣發(fā)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(zhì)與煙塵粘結(jié)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(tài)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(fā)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(xiàn)流淚、咽痛、聲音嘶啞、咳嗽、咯痰等；眼結(jié)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(xiàn)呼吸因難、紫紺；胸部X線征象符合肺炎或間質(zhì)性肺炎。嚴重者可發(fā)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(nèi)可引起凍傷，并變?yōu)樯n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(zhí)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(yè)前必須編制有針對性、可操作性的安全措施，經(jīng)審批簽字方可執(zhí)行。三、已充氨的設(shè)備、管線在未卸壓前不得再緊固聯(lián)接件和密封件。四、氨區(qū)必須配備流動清水沖洗設(shè)施。五、氨區(qū)必須配備一定數(shù)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(jiān)測裝置必須24小時實時監(jiān)測，噴淋、消防水系統(tǒng)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(shè)備，管線及周圍進行動火作業(yè)。必須動火時，須按有關(guān)規(guī)定辦理動火工作票，并采取必要的安全防范措施。二、氨區(qū)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(qū)管理有關(guān)規(guī)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(yè)負責人和單位應配備必要的通訊設(shè)備，并確保通訊設(shè)備完好和聯(lián)絡(luò)通暢。當聯(lián)系電話號碼發(fā)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(jīng)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(jié)語

SCR脫硝系統(tǒng)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(chǎn)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。