蔣 政

（四川廣安發(fā)電有限責任公司，四川 廣安 638000）

0 引言

燃煤火電廠的基本工作原理是通過燃燒煤炭將其蘊含的能源轉化為電能，最終應用于人們的生活生產(chǎn)。在實際能量轉換環(huán)節(jié)，煤炭燃燒使用效率不高，煙氣排放處理不達標，造成了嚴重的環(huán)境污染，影響著社會生活環(huán)境。SCR煙氣脫硝技術的應用，能夠降低火電廠的能源消耗，實現(xiàn)超低排放，提高企業(yè)的核心競爭力。

1 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)介紹

SCR，全稱為Selective Catalytic Reduction，即選擇性催化還原技術，是一種現(xiàn)代化降低燃煤NOX排放的系統(tǒng)。其工作流程，是將反應還原劑以液體形式儲存于噴槍罐中，在蒸發(fā)器內(nèi)進行反應氣化，再經(jīng)過噴氨格柵進入SCR 反應器中，從而與煙氣發(fā)生反應，有效降低NOX含量。SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)中主要包括噴氨格柵、導流板、整流器、催化劑以及SCR 反應器等結構，通過氧化還原反應，實現(xiàn)將煙氣中NOX轉化成氮氣和水，達到煙氣脫硝的目的。

2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)優(yōu)化意義

目前，火電廠工作的主要燃料便是煤炭資源，通過煤炭的燃燒推動鍋爐發(fā)動，從而生產(chǎn)電能。但在長期發(fā)電工作過程中煤炭消耗量較大，據(jù)統(tǒng)計，火電廠所消耗煤炭占我國全部煤炭資源的55%以上，資源在短時間內(nèi)無法得到相應補充，對生態(tài)環(huán)境造成了一定的破壞。且煤炭的不完全燃燒還會造成二氧化碳及硫化物、氮氧化物等有害氣體的排放，對發(fā)電廠周邊環(huán)境造成一定的污染。此外，燃料燃燒效率低會導致大量煤炭無法得到充分的利用，造成資源浪費的同時增加了發(fā)電廠的投入成本。由于燃煤火電廠火力發(fā)電的機制限制，在鍋爐日常工作中經(jīng)常出現(xiàn)熱量消耗，在熱量資源轉化為電力資源的過程中產(chǎn)生資源浪費。鍋爐的空氣預熱器存在漏風問題，導致煤炭的燃燒所需氧氣不足，無法實現(xiàn)燃料的完全燃燒，造成大量污染煙氣排放。

發(fā)電廠要緊跟時代步伐，利用SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)等技術，有效降低燃煤火電機廠的生產(chǎn)成本，減輕節(jié)能減排的工作壓力，實現(xiàn)企業(yè)長期的可持續(xù)化發(fā)展。以甘肅電投武威熱電有限公司為例，該公司已實現(xiàn)了超低排放技術的應用，在脫硫方面，采用石灰石或石膏濕法煙氣脫硫工藝，不設煙氣旁路。通過固定的石灰石粉供應商，利用罐裝車將脫硫劑送到火電廠，然后通過倉泵輸送進石灰儲倉。在脫硝方面，采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術，實現(xiàn)80%以上的脫除效率，按照該公司的脫硝反應劑按液氨設計，以2×350 MW 機組為例，其年需液氨用量約1 800 t，將液氨用密閉罐裝卡車運輸至廠內(nèi)，儲存于氨罐中，其工程還原劑采用的是直接從市場外購純度約為99.6%的液氨。

3 330 MW 燃煤火電機組常見運行問題

我國燃煤火電燃煤電廠環(huán)保理念發(fā)展起步較晚，與發(fā)達國家相比還有一定的差距，主要是因為我國環(huán)保措施較為落后，企業(yè)過度重視工業(yè)生產(chǎn)效果，缺乏員工環(huán)保意識培養(yǎng)，燃煤發(fā)電環(huán)保效果不理想。在脫硝處理環(huán)節(jié)，缺乏對于驗測量噴氨優(yōu)化調整前后NOX和NH3濃度的分布情況調查，無法得知脫硝系統(tǒng)氨逃逸量。大量煤炭資源無法得到充分利用，造成資源浪費的同時增加了火電燃煤發(fā)電廠的投入成本，造成了生態(tài)環(huán)境破壞。燃煤火電廠制粉系統(tǒng)的工作性能直接影響著煙塵污染情況，若其工作性能較低，不僅會造成一定的空氣污染，更會使鍋爐熱量大幅度消耗，造成資源浪費。

以國家能源菏澤發(fā)電有限公司6 號爐為例，該燃煤火電脫硝項目由北京國電龍源環(huán)保工程有限公司總承包，于2017 年3 月26 日正式停爐，不設置SCR 反應器煙氣旁路和省煤器高溫旁路系統(tǒng)，缺乏煙氣脫硝系統(tǒng)的還原劑制備采用液氨法方案。相關人員在進行機械情況調查時，發(fā)現(xiàn)空預器冷端和噴氨渦流板中的噴氨優(yōu)化煙道深度方向不均，存在空預器堵塞及低溫腐蝕的情況，渦流板表面存在大量積灰現(xiàn)象，部分噴氨管已經(jīng)被積灰堵塞，影響噴氨量和噴氨效果[1]。

4 330 MW 燃煤火電機組SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化探討

4.1 脫硝原理

在進行330 MW 燃煤火電機組SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)作業(yè)時，主要位于省煤器與空預器之間，工作環(huán)境一般為400 ℃～600 ℃。由于SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)中的催化劑活性較強，能夠促進氨氣進行氧化還原反應，進而完成燃煤脫硝。其工作原理，是將NH3作為反應還原劑，進行化學反應，并根據(jù)反應速率，可以分為速率較快的反應公式，如式（1）所示，以及速率較慢的反應公式，如式（2）所示。在330 MW燃煤火電機組SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)中，包括導流板、SCR 反應器以及噴氨格柵等，待處理煙氣會經(jīng)過煙道進入SCR 反應器，并與噴氨格柵中噴出的催化劑進行混合，經(jīng)過氧化還原反應后，使煙氣中的污染物質轉化為氮氣與水，從而完成330 MW 燃煤火電機組SCR 煙氣脫硝作業(yè)。

4.2 數(shù)據(jù)測量

在進行330 MW 燃煤火電機組SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化研究時，需要對系統(tǒng)脫硝數(shù)據(jù)進行測量，包括脫硝入口數(shù)據(jù)、噴氨后數(shù)據(jù)以及未凈化煙氣逃逸量，主要針對SCR 反應器的出入口、噴氨后系統(tǒng)內(nèi)煙氣溫度變化、組分及流速。通常利用等截面多點網(wǎng)格法，在SCR 反應器出口上的垂直煙道以及脫硝出口上的垂直煙道，分別布置不同孔位的數(shù)據(jù)測量點。使用FLUKE（福祿克）和K 型熱電偶，對煙氣溫度進行測量，并用TESTO350（煙氣分析儀）對煙氣中的污染氣體所含情況進行計算，結合便攜式氨氣分析儀，有效控制噴氨下游氨氣的濃度。

4.3 系統(tǒng)建模

SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的凈化效果影響因素，主要為煙氣排量、氨氣排量以及SCR 反應器入口的煙氣濃度。以十里泉電廠330 MW燃煤火電機組SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)設計為研究對象，可以將SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)凈化過程，當做兩方面輸入、單方面輸出的氣體流動模型，將其流量變化及SCR 反應器入口處NOX的濃度作為輸入變量，SCR 反應器出口處NOX的濃度作為輸出變量。過程中，需要采集系統(tǒng)噴氨量閥門開度、負荷情況、煙氣排量、噴氨量、SCR 反應器入口處NOX的濃度以及SCR 反應器出口處NOX的濃度等數(shù)據(jù)，從而建立SCR反應器模型，其辨識參數(shù)，如式（3）所示。

式中：s為時間單位。相關物理量選擇SCR 反應器進口、出口 NOX濃度的基準值，分別為 500 mg/m3、50 mg/m3時得到的辨識結果數(shù)據(jù)。

4.4 實施要點

一般來說，SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的應用，能夠實現(xiàn)330MW燃煤火電機組30%～70%的脫硝效果，但在實際作業(yè)環(huán)節(jié)，還要注意SCR 反應器內(nèi)溫度、爐內(nèi)NOX濃度以及噴槍數(shù)量的配置和氨水濃度的確定等。首先，在60 MW～90 MW 符合條件下，應將SCR 反應器內(nèi)溫度控制在1 000 ℃左右，這與“根據(jù)鍋爐特性和運行經(jīng)驗，最佳的溫度窗口通常出現(xiàn)在折焰角附近”的結論一致。其次，爐內(nèi)NOX濃度分布對于系統(tǒng)脫硝效率有著重要影響作用，適時在NOX高濃度區(qū)域噴灑氨水，能夠促進SCR 反應器內(nèi)反應充分，從而保證330 MW 燃煤火電機組脫硝效果。但由于NOX自身性質較為不穩(wěn)定，無法控制其均勻分布在反應器內(nèi)，工作人員需要在煤粉燃燒后，根據(jù)煙氣流動情況進行NOX濃度調整。最后，在滿足系統(tǒng)噴射作業(yè)范圍的前提下，應控制噴槍數(shù)量的配置和氨水濃度，從而有效提高脫硝效率。根據(jù)實驗結果顯示，噴槍數(shù)量和氨水濃度的配置確定最佳情況為標高29 m 處裝備2 只噴槍，標高31 m 處裝備4 只噴槍，氨水濃度控制在11%～16%，此時SCR 反應器能夠實現(xiàn)最多100%符合條件下的NOX排放環(huán)保要求。此外，對于還原劑在反應環(huán)節(jié)的停留時間，主要通過對一、二、三次風的合理調節(jié)，也就是燃燒調整來進行有效控制，具體作業(yè)需要根據(jù)各臺鍋爐情況不同進行適當調整。

4.5 注意事項

一方面，燃煤火電機廠要加強對脫硝技術及灰渣資源的應用處理，在降低污染源排放的同時，還能為燃煤火電機廠提供更高的經(jīng)濟效益。SCR 煙氣脫硝技術的應用，不僅會提高后續(xù)工作的轉化效果，更會減緩燃煤設備的腐蝕程度，加強環(huán)境保護效果。另一方面，應大力發(fā)展新型清潔能源，例如風能、太陽能和水能等，調整發(fā)電能源結構，降低對燃煤資源的過度采伐。利用清潔能源進行發(fā)電生產(chǎn)，不僅能夠降低環(huán)境污染，更能緩解企業(yè)對煤炭資源的依賴，提高經(jīng)濟效益。持續(xù)開發(fā)綠色清潔能源，能夠保證生態(tài)環(huán)境保護工作的順利開展，采取有效措施進行節(jié)能減排，完善能源結構。例如，光伏電站系統(tǒng)就是一種很好的新能源利用系統(tǒng)，它是指一種利用晶硅板、逆變器等電子元件組成特殊材料，將太陽光能轉化為電能，并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)，是國家大力支持的綠色電力開發(fā)能源項目。以某地光伏電站系統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)為例，其一年接收到的有效日照時間為1 600 h，標稱容量為1 kW，電度表記錄其年發(fā)電量為1 300 kWh/kW，根據(jù)公式（4）可知，其年光伏電站系統(tǒng)效率為81.25%。

式中：PRT為在T時間段內(nèi)光伏電站的平均系統(tǒng)效率；ET為在T時間段內(nèi)光伏電站輸入電網(wǎng)的電量；Pe為光伏電站組件裝機的標稱容量；hT為T時間段內(nèi)方陣面上的峰值日照時數(shù)。

5 結論

綜上所述，目前燃煤火電廠工作的主要燃料還是煤炭資源，通過煤炭的燃燒推動鍋爐發(fā)動，從而制造電能，該發(fā)電方式會對燃煤火電廠周邊環(huán)境造成一定的污染。因此，我們應該加強SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)在330 MW 燃煤火電機組中的優(yōu)化分析，探索燃煤火電廠綠色發(fā)展，以期實現(xiàn)全方位超低排放。