摘 要：在選擇性催化還原 (SCR)超低排放實施過程中出現(xiàn)的脫硝系統(tǒng)運行的氮氧化物排放超標(biāo)的空氣預(yù)熱器硫酸氫銨堵塞加重等問題 ,分析其主要在 SCR反應(yīng)器中超低排放對 NH3/NOx排放分布均勻的 SO2、 SO3轉(zhuǎn)化率的提升 ,優(yōu)化氨控制要求、最低噴氨溫度、催化劑壽命管理等。為此，分析了 SCR脫硫系統(tǒng)在極低排放條件下運行所涉及的問題和對策。

前 言

“十二五”期間，選擇性脫硝作為電廠脫硝的主要技術(shù)得到了快速發(fā)展。在“十三五”期，燃煤電廠脫硝系統(tǒng)將進一步完善，NO2質(zhì)量濃度將低于50mg/m3(“標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)”)。為滿足超低排放要求，保證機組穩(wěn)定運行，急需解決SCR脫硝系統(tǒng)存在問題。

1 NOx超低排放存在新問題

在現(xiàn)有的SCR脫硝系統(tǒng)中，燃煤電廠通過提高脫硝效率(通常為60-80%提高到85-95%)可以產(chǎn)生超低的NOx排放。新出現(xiàn)的問題包括：

(1)SCR反應(yīng)器的有效運行不僅需要增加催化劑的用量，還需要大大提高脫硝系統(tǒng)入口NH3/NOx混合物的均勻性。

(2)催化劑用量的增加提高了SO2催化劑的總氧化速率，提高了脫硝系統(tǒng)輸出SO3的質(zhì)量濃度，增加了空氣預(yù)熱器內(nèi)硫酸銨堵塞的風(fēng)險;

(3)當(dāng)NOx排放的質(zhì)量限值為50 mg/m3時。脫硝系統(tǒng)出口的NOx濃度每天的波動范圍為20mg/m3~50mg/m3。應(yīng)避免過量排放NOx和過量噴氨。

(4)提高SCR脫硝效率通常伴隨著噴氨量的增加，從而進一步提高脫硝系統(tǒng)中最低噴氨溫度。

(5)為了提高脫硝效率，對現(xiàn)有催化劑壽命管理方案進行了修改，主要是通過設(shè)計催化劑的方案，對催化劑壽命管理策略進行了調(diào)整。

2 問題分析及對策

(1)NH3/NOx混合均勻性。圖1顯示了氨氮摩爾比變化對脫硝效率和氨排放的影響。如圖1所示，隨著氨氮摩爾比和效率的增加，氨排放量逐漸增加，SCR脫硝反應(yīng)氨逃逸量的增加趨勢大大加快，特別是當(dāng)脫硝效率超過90%時，也增加了硫酸氫銨堵塞的風(fēng)險。

反應(yīng)效果還取決于反應(yīng)器內(nèi)燃燒氣體的流量。表2顯示了氨摩爾比偏差對脫硝性能的影響。

由圖2可知，在催化體積一定時，當(dāng)脫硝系統(tǒng)進口氨氮摩爾比分布偏差為5%時，氨逸出量在1μL/L范圍內(nèi)。當(dāng)氨氮摩爾比分布偏差增大到12%時，氨逸出量迅速增加，超過5μL/L。

以上分析表明，去除效率越高，燃燒氣體中NH3和NOx混合物的均勻性越高。氨排放量控制越困難，空氣預(yù)熱器內(nèi)硫酸氫銨堵塞的可能性越大。建議定期進行噴氨優(yōu)化試驗，將噴氨量調(diào)整到最佳值。避免SCR反應(yīng)器出口截面氨逃逸量過多，提高輸出系統(tǒng)脫硝的運行節(jié)余。由于脫硝系統(tǒng)不具備雙向注氨控制功能，應(yīng)優(yōu)化噴氨量。

(2)為了獲得很低的NOx排放量，通常需要增加脫硝系統(tǒng)的噴氨量。脫硝催化劑大多采用“兩用一備”或“三用一備”的模式。我發(fā)電廠的脫硝系統(tǒng)入口NOx濃度為400 mg/m3，脫硝效率為80%。為了實現(xiàn)超低的NOx排放，添加了第三層備用催化劑。試驗結(jié)果表明，當(dāng)脫硝率提高到90%以上時，SNR出口NOx濃度由44.6 mg/m3降至34.2 mg/m3，排放氨氣由4.4μL/L降至0.9μL/L。第一層催化劑有助于NOx的去除，而第三層催化劑主要用于去除NH3，NH3不參與NOx的去除。上游脫硝系統(tǒng)催化劑體積增大的同時，脫硝反應(yīng)器輸出SO3的質(zhì)量濃度增加。因此，隨著催化劑用量的增加，NOx排放量很小，而脫除系統(tǒng)中SO3的質(zhì)量濃度迅速增加。這增加了預(yù)熱器中硫酸氫銨堵塞的風(fēng)險?？諝忸A(yù)熱器中硫酸氫銨的生產(chǎn)控制為了降低脫硝反應(yīng)器出口煙氣中SO3的質(zhì)量濃度，保證排放質(zhì)量。降低SO2氧化速率可以包括：(a)減少催化劑的使用;(b)控制催化劑中釩的含量;(c)通過改變?nèi)紵蛽诫s來降低煤中的硫含量。

(3)噴氨控制。脫硝系統(tǒng)具有較高的脫硝效率。當(dāng)鍋爐運行工況發(fā)生較大變化時，SCR脫硝系統(tǒng)輸入的NOx濃度變化不大。當(dāng)NOx質(zhì)量濃度為50mg/m3時。NOx排放的質(zhì)量濃度通常固定在較低值。在電廠運行中，SCR脫硝系統(tǒng)的NOx濃度設(shè)定為35mg/m3，脫硝效率為92%。當(dāng)入口NOx質(zhì)量濃度計算500mg/m3時，當(dāng)出口NOx質(zhì)量濃度為50mg/m3時，相應(yīng)的脫硝效率為90%;因此，電廠實際運行中的脫硝效率在90%-96%之間。脫硝系統(tǒng)的運行效率接近SCR技術(shù)的臨界值，在NOx排放達標(biāo)的情況下，過量噴氨的風(fēng)險較大。

(4)最低噴氨溫度。當(dāng)催化劑在低溫下運行時，催化劑孔內(nèi)會產(chǎn)生硫酸銨，導(dǎo)致催化劑微孔堵塞。氣體中的NH3和NOx還原劑很難達到催化劑的活性位置，催化活性降低了催化微孔中形成硫酸銨的有害現(xiàn)象，SO3、NH3和H2O是低溫燃燒氣體，它的形成過程是：

SO3+NH3+H2O→NH4HSO4(1)

硫酸氫銨的產(chǎn)量與煙氣中SO3、NH3和H2O的含量成正比。SO3含量對最低氨溫的影響最大，其次是NH3和H2O。由于脫硝系統(tǒng)的NOx出口濃度由100mg/m3降低到50mg/m3，因此脫硝系統(tǒng)運行,要避免機組長時間在低負荷運行。

隨著脫硝超低排放改造后，我公司最突出的問題就是空預(yù)器堵塞，嚴(yán)重時會導(dǎo)致機組限負荷，無法保障機組長周期安全運行，針對這些問題，公司從管理措施、設(shè)備優(yōu)化調(diào)整上下功夫，有效解決里氨逃逸超標(biāo)、空預(yù)器堵塞的問題，主要如下：

(1)合理調(diào)整鍋爐配風(fēng)，達到鍋爐效率與控制脫硝反應(yīng)器入口NOx濃度最優(yōu)化，控制入口NOx濃度在設(shè)計范圍內(nèi)。

(2)嚴(yán)格控制脫硝反應(yīng)器出口氨逃逸在規(guī)定范圍。

(3)為減少噴氨量，在保證出口NOx達標(biāo)排放的前提下，盡量控制NOx濃度在30-45 mg/m3之間。

(4)嚴(yán)格控制入爐煤硫分，減少空預(yù)器硫酸氫氨的生成。

(5)在不同條件下，為緩解空預(yù)器蓄熱元件堵灰，優(yōu)先采用提高排煙溫度方法，其次選用離線高壓水沖洗方法，降低空預(yù)器差壓， 確?？疹A(yù)器長周期運行。

(6)冬季，盡量避免機組長時間低負荷運行，保證脫硝反應(yīng)區(qū)入口煙溫滿足最低噴氨溫度的要求。

(7)對噴氨“自動”邏輯進行優(yōu)化，自動跟蹤及時，既滿足環(huán)保要求，又不過量噴氨。

總之，脫硝是火力發(fā)電機組煙氣技術(shù)的發(fā)展方向，也是國家環(huán)保政策的要求，如何做好脫硝系統(tǒng)的運行維護，有效提高脫硝設(shè)備的可靠性，保證機組的安全、環(huán)保運行是一項長期而艱巨的任務(wù)，也是一個需要在設(shè)計、改造和運行上加以探索和積累的階段，有待進一步完善和改進。