田龍

摘 要：目前，我國環(huán)保形勢日趨嚴峻，針對火電廠的環(huán)保要求越來越嚴格，燃煤電廠普遍實施超低排放改造以實現(xiàn)污染物減排。電站鍋爐脫硝系統(tǒng)作為其中的重要環(huán)節(jié)，其運行的安全性和經(jīng)濟性受到廣泛關(guān)注。本文結(jié)合脫硝系統(tǒng)運行工作經(jīng)驗，對SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行進行探討。

關(guān)鍵詞：氮氧化物;SCR煙氣脫硝;安全經(jīng)濟

0? 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境問題越來越多的受到人們的重視，在“十三五”環(huán)保新標準出臺之后，對火電廠的環(huán)保要求日益提高。選擇性催化還原煙氣脫硝技術(shù)Selective catalytic reduction（以下簡稱SCR）由于其反應溫度低、運行可靠及二次污染小等特點，成為目前應用最廣泛的電廠脫硝技術(shù)[1][2]。

在SCR系統(tǒng)中，最常用的還原劑有三種：氨水、液氨和尿素。液氨和氨水在存儲、運輸中會有較大的危險性，而尿素是一種無毒、無害的化學品，是農(nóng)業(yè)常用的肥料，幾乎沒有危險性，因此隨著脫硝工程的啟動，尿素作為脫硝還原劑具有更大的發(fā)展前景[3]。

本文以國電投南陽熱電有限責任公司2*210MW火電機組為例，對210MW火電機組的脫硝系統(tǒng)進行簡要分析，并結(jié)合日常運行工作經(jīng)驗對脫硝系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行進行分析總結(jié)。公司兩臺210MW超高壓機組，鍋爐由東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG670/13.7—20型超高壓一次中間再熱自然循環(huán)鍋爐，配用低速雙進雙出鋼球磨煤機，單爐膛四角切圓燃燒，π型布置煤粉固態(tài)排渣鍋爐。汽輪機由哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的C160/N210—12.75/535/535/0.325型超高壓一次中間再熱可調(diào)整抽汽供熱凝氣式汽輪機。機組采用SCR煙氣脫硝法。

1? 尿素制氨SCR脫硝系統(tǒng)

1.1 SCR脫硝原理

SCR技術(shù)即選擇性催化還原工藝，是在鈦基催化劑的作用下，在316-427℃的溫度區(qū)間內(nèi)，利用尿素溶液水解制備的氨（NH3）與煙氣中的NOx發(fā)生還原反應，生成N2和水，從而實現(xiàn)氮氧化物脫除的目的?；瘜W反應式如下：

4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O

4NH3+ 2NO2 + O2 → 3N2 + 6H2O

其中還原劑NH3采用尿素水解的方法制得，尿素水解制氨工藝：濃度約為40%～60%的尿素溶液被輸送到水解反應器內(nèi)，加熱蒸汽通過盤管的方式進入水解反應器，對尿素溶液進行加熱，使尿素溶液進行水解反應，然后生成的氨氣被鍋爐熱一次風稀釋，最后進入SCR反應器進行反應，以除去煙氣中的NOx，水解反應原理如下：

NHCONH2 + H2O → 2NH3 + CO2+（x）H2O

1.2 SCR脫硝系統(tǒng)

公司煙氣脫硝系統(tǒng)采用SCR技術(shù)、尿素水解制氨工藝，單爐雙煙道雙反應器無旁路設(shè)計，脫硝催化劑采用“2+1”層布置。脫硝裝置煙氣處理能力為鍋爐100%BMCR工況下煙氣量，并適應鍋爐50%BMCR和100%BMCR工況之間的任何負荷，脫硝裝置入口煙氣NOx設(shè)計值為350mg/Nm3。

煙氣脫硝系統(tǒng)分為尿素溶液制備存儲車間和SCR反應區(qū)兩大部分，尿素溶液制備存儲車間位于#2除塵器東側(cè)，為全廠公用。脫硝SCR反應區(qū)位于鍋爐省煤器與空預器之間，機組送風機上方區(qū)域。SCR煙氣脫硝裝置主要由尿素溶液制備與循環(huán)供應系統(tǒng)、水解系統(tǒng)、AIG系統(tǒng)、脫硝煙氣系統(tǒng)、催化劑吹灰系統(tǒng)等組成。

2 脫硝系統(tǒng)運行安全性分析

脫硝系統(tǒng)的正常運行前提是要保證其安全性，就安全性方面而言，脫硝系統(tǒng)的安全問題主要集中在氨氣的安全性、尿素溶液制備存儲的安全性，反應溫度控制，吹灰輸灰系統(tǒng)控制這幾個方面。下邊就此分別展開討論。

2.1氨氣的安全性

氨在空氣中的體積濃度達到16～25%時，會形成II類可燃爆炸性混合物，具有一定的危險性。近些年有些安全事故就是由于氨氣泄漏導致的，所以對于氨氣的泄露要格外的重視，在氨氣與熱一次風稀釋混合管路處、水解器區(qū)域均安裝有氨氣濃度測點，測量數(shù)據(jù)均為環(huán)境中的氨氣濃度，要注意這個數(shù)據(jù)的變化情況，監(jiān)測到有泄露情況及時匯報。對測量儀表也要建立定期檢查制度，確保儀表可用、準確。當測量的氨氣濃度到達25ppm時，噴氨系統(tǒng)連鎖關(guān)閉。

氨氣泄露測點只有兩個，所測范圍有一定的局限性，所以在日常的巡視中要注意諸如水解器周圍、氨計量模塊周圍、尿素溶液制備區(qū)等重點區(qū)域是否有刺激性氣味，結(jié)合就地或遠傳數(shù)據(jù)綜合分析是否存在泄露情況，如發(fā)現(xiàn)泄露情況，要及時采取措施。

此外為了保證氨氣濃度遠在在爆炸極限之外，需要對進入SCR反應區(qū)的氨氣進行稀釋，稀釋采用鍋爐熱一次風，要注意控制熱一次風的量，保證氨空比在7%以下。

2.2尿素溶液的結(jié)晶問題

尿素溶液安全問題的主要問題在于結(jié)晶問題，在實際運行中，結(jié)晶成了幾乎每一套脫硝系統(tǒng)都會遇到的問題[4]。尤其在于管道的閥門、儀表處容易形成結(jié)晶現(xiàn)象，如果出現(xiàn)管道結(jié)晶現(xiàn)象，則會堵塞管道，一些經(jīng)驗表明一旦管路形成較為嚴重的結(jié)晶堵塞，要進行切管處理。同時，儀表和閥門處出現(xiàn)結(jié)晶，會導致閥門開關(guān)困難、儀表失準等情況。結(jié)晶的原因是尿素溶液溫度低于對應濃度下的飽和溫度，為了防止出現(xiàn)結(jié)晶情況，尿素溶液管道都加有伴熱，伴熱采用疏水伴熱，所以在日常的監(jiān)盤和巡檢中要注意疏水箱的溫度、液位以及疏水泵的工作情況，保證疏水伴熱管路的正常。同時要對尿素溶液管路上的儀表閥門等認真檢查，出現(xiàn)結(jié)晶情況及時處理。

尿素溶解罐和尿素溶液儲罐的翻板液位計、水解系統(tǒng)管路都加有電伴熱系統(tǒng)，在日常工作中要注意電伴熱的溫度設(shè)定及工作情況，出現(xiàn)異常及時處理。

根據(jù)試驗研究，尿素溶液進行水解反應的最佳濃度應該介于50%～55%（質(zhì)量分數(shù)）之間，一般推薦的設(shè)計值為50%，濃度過高在儲存與輸運過程中容易出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，濃度過低則不利于水解反應的進行，所以在配備尿素溶液時要嚴格注意其密度，配備出合格的尿素溶液，質(zhì)量分數(shù)為50%的尿素溶液密度為1130～1140kg/m3。

2.3 SCR技術(shù)催化劑問題

脫硝系統(tǒng)中另一個重要的問題是催化劑的問題，催化劑只有在一定的溫度范圍內(nèi)才能發(fā)揮最好的功效，溫度過低會發(fā)生無用的副反應，生成銨鹽，易阻塞煙道，且惡化空預器的換熱情況。溫度過高會造成催化劑的失活，對催化劑造成不可逆的損傷。SCR反應區(qū)設(shè)計在省煤器之后煙道內(nèi)也正是出于對煙氣溫度的考慮，在日常的監(jiān)盤中尤其是在負荷變動時要對催化劑進出口煙氣溫度嚴密關(guān)注，保證其在催化劑最佳反應溫度內(nèi)，最佳反應溫度為316～427℃。

2.4吹灰與輸灰系統(tǒng)

SCR區(qū)催化劑的型式采用蜂窩式，這種形式在煙氣灰含量較高時易出現(xiàn)堵塞情況，吹灰系統(tǒng)和輸灰系統(tǒng)都是為了防止煙道的堵塞，所以在日常運行中要嚴格按照規(guī)程要求進行吹灰和輸灰工作，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，防止出現(xiàn)堵塞煙道的情況。就目前的運行情況來看，輸灰系統(tǒng)由于位于省煤器之后，灰粒較大易出現(xiàn)管道堵塞、高料位等問題，需要格外注意。此外SCR反應區(qū)的吹灰采用聲波吹灰和蒸汽吹灰兩種方式，在正常吹灰的同時注意觀察反應區(qū)進出口壓差，壓差增大則適當增加吹灰頻率。

3脫硝系統(tǒng)運行經(jīng)濟性分析

經(jīng)濟性方面，脫硝系統(tǒng)的經(jīng)濟性主要集中在爐膛燃燒效率，脫硝效率，耗熱量這幾個方面。下面就此分別展開討論。

3.1爐膛燃燒效率

脫硝系統(tǒng)改造的同時機組新加裝了低NOx燃燒器，該燃燒器可以對爐膛出口的NOx濃度進行有效地控制，采用的方法是控制燃燒的氧量，形成一個還原區(qū)和一個燃盡區(qū)，通過降低燃燒溫度來減少熱力型NOx的生成量。從原理上便可以看出爐膛出口NOx濃度并不是越低越好，這個值還要兼顧爐膛的燃燒效率問題，綜合燃燒效率和爐膛出口NOx兩方面考慮，不同負荷下對應一個最優(yōu)的爐膛出口NOx濃度，在這個濃度下既保證了燃燒效率，又降低了爐膛出口的NOx，減少下一步的噴氨量。根據(jù)運行經(jīng)驗，目前我廠的爐膛出口NOx值設(shè)定為280～320mg/Nm3。

3.2脫硝效率

脫硝效率的控制要考慮SCR反應區(qū)進口NOx的濃度，不同的進口NOx濃度應該對應不同的脫硝效率，進口NOx濃度高，則適當提高噴氨量，保證較高的脫硝效率，保證排放達標;進口NOx濃度低，則適當降低噴氨量，使脫硝效率維持在低值，這樣在保證排放達標的同時可以降低反應區(qū)氨逃逸，降低二次污染。

噴氨調(diào)門的跟蹤值可以設(shè)定為脫硝效率也可以設(shè)定為出口NOx濃度，運行經(jīng)驗表明，跟蹤值設(shè)定為SCR反應區(qū)出口NOx濃度更加有優(yōu)勢。

在日常的監(jiān)盤中要密切監(jiān)視SCR反應區(qū)出口的氨逃逸率，逃逸率高說明有部分氨沒有參與反應，此時應在保證出口NOx排放達標的前提下適當減少噴氨量。

3.3其他經(jīng)濟因素

氨氣通過噴氨格柵進入煙道中，噴氨格柵的設(shè)計直接影響還原劑與煙氣的混合情況，設(shè)計合理的噴氨格柵可以使還原劑更好的均布在煙道中，避免在運行中產(chǎn)生較高的氨逃逸。所以在調(diào)試過程中要對噴氨格柵進行調(diào)試，優(yōu)化其噴氨調(diào)節(jié)閥，將脫硝系統(tǒng)出口各點NOx值的不均勻性控制在一定范圍內(nèi)，這樣可以提高還原劑在煙道中分布的均勻性，一方面提高了對出口NOx控制的靈敏性，另一方面可以避免產(chǎn)生較高的氨逃逸。

脫硝系統(tǒng)需要部分耗熱，其耗熱主要是用來保證諸如尿素溶解罐、尿素溶液儲存罐、水解器等罐體的溫度，在日常的監(jiān)盤中要注意監(jiān)視各個罐體的溫度情況，在保證溫度的前提下使溫度不要過高，從而降低耗熱。

在尿素溶液制備過程中優(yōu)先使用廢水坑內(nèi)的廢水。減少對于除鹽水的使用。

4結(jié)語

隨著火電廠脫硝工程的不斷投運，相關(guān)的運行資料與運行維護經(jīng)驗也在不斷的積累，采用尿素為還原劑的脫硝控制系統(tǒng)也在不斷的完善。但目前相關(guān)資料還是比較欠缺，還有一些技術(shù)問題亟待解決，例如尿素類脫硝系統(tǒng)存在NOx控制時滯后環(huán)節(jié)大的問題;鍋爐、煙道流場特性不同，在NOx測點取樣布置時也有許多值得深入分析的必要。本文也只是淺談了脫硝系統(tǒng)運行中一些基本分析，希望能為火電廠脫硝系統(tǒng)運行、技術(shù)的完善起到拋磚引玉的作用。

參考文獻

[1] 汪家銘.尿素法SCR煙氣脫硝技術(shù)及其應用前景[J].合成技術(shù)及應用，2013，28（1）28-32.

[2] 柏源，李忠華，薛建明，王小明.尿素為還原劑燃煤煙氣脫硝技術(shù)的研究與應用[J].電力科技與環(huán)保.2011，27（1） 19-22.

[3] 董春雷.300MW火電機組尿素制氨還原法脫硝熱工控制分析[J].技術(shù)縱橫.2014，07 80-84.

[4] 杜成章，劉誠.尿素熱解和水解技術(shù)在鍋爐煙氣脫硝工程中的應用[J].熱立發(fā)電，2009，38（8）65-67.