摘要：本文先从脱硝SCR技术的介绍入手，以某燃机电厂余热锅炉脱硝SCR的应用为例，阐述脱硝SCR技术在燃机电厂的应用与运行。同时对脱硝SCR技术在应用中的问题进行分析，以此为广大读者提供参考。
关键词：脱硝SCR，燃机电厂，运行，脱硝问题
环境问题是当今人类生存和发展所面临的重要问题之一，为保证地球的生态平衡和可持续进步，环境保护成为了全世界大多数国家的重点工作方向，也是当前国际社会交流合作、谋求发展的主要内容。作为工业“三废”之一，废气排放严重影响了空气质量和生命健康。电厂是废气排放的“大户”，如何降低电厂污染物排放是电力行业始终研究和探索的课题，在这种背景下，脱硝SCR技术应运而生。
燃机电厂相比于传统燃煤电厂具有污染物排放低、调整能力强、造价低工期短等优势，是我国未来发电行业重点发展的对象。燃机电厂余热锅炉脱硝SCR技术的应用能够有效减少NOx的排放，对环境保护起着重要的作用。因此在燃机电厂的运行调整中，应制定出合理的运行方案，并对出现的问题进行分析和改进，不断提升脱硝效率、改善脱硝效果。（注：燃气轮机发电机组污染物国家标准排放限值：氮氧化物≤50mg/m3；硫化物35≤mg/m3；粉尘5≤mg/m3）
一.脱硝SCR技术简介
SCR（Selective Catalytic Redution），即为选择性催化还原技术，是最成熟的烟气脱硝技术，它是一种炉后脱硝。最早在20世纪60/70年代的日本进行商业运行，它利用还原剂（NH3或尿素）在金属催化剂（如三氧化钨WO3）的作用下，选择性地与NOx反应生成N2和H2O，而不是被O2氧化，故称之为选择性。目前应用较为广泛的SCR工艺主要有氨法SCR和尿素法SCR两种。这两种方法都是利用氨（NH3）对的NOx还原作用，在催化剂的作用下将NOx还原为无污染的N2和H2O。
燃机电厂的燃料是天然气，天然气在燃气轮机中燃烧做功从而推动发电机发电，除了生成无污染的CO2和H2O以外，还有部分有害气体，而这些有害气体的主要成分便是NOx。因此为了降低污染物的排放，脱硝SCR技术在燃机电厂中被广泛使用。
脱硝SCR技术的反应原理如下：
（1）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O （燃机电厂SCR工艺中NO占NOx的90%以上，此公式为主要反应公式）
（2）6NO2+8NH3→7N2+12N2O
（3）NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
脱硝SCR技术中使用的催化剂的活性成分主要有五氧化二钒（V2O5）、五氧化二钒-三氧化钨（V2O5-WO3）或五氧化二钒-三氧化钼（V2O5-MoO3），其以二氧化钛（TiO2）为载体，制成蜂窝式、板式或波纹式三种类型。在没有催化剂的作用下，上述反应只会在很窄的温度区间内（980℃左右）进行，如果采用催化剂可将反应温度控制在300～400℃以下，大大降低反应温度并扩大反应温度区间。上述反应为放热反应，但是考虑到NOx在燃机烟气排放中的浓度较低，因此反应引起催化剂的温度升高可忽略不计。
脱硝SCR技术的优点有：脱硝效率高，工艺结构简单，无副产品生成，不形成二次污染，便于维护，故障率低，价格相对低廉。同时也存在一些缺点：燃料中含有硫（S）成分, 燃烧过程中会生成一定量的三氧化硫（SO3）。在催化剂和有氧环境的作用下, 三氧化硫（SO3）会大量生成, 其与过量的氨（NH3）反应生成硫酸氢氨（NH4HSO4）。硫酸氢氨（NH4HSO4）具有腐蚀性和粘性, 可导致烟道设备损坏。虽然三氧化硫（SO3）的生成量有限, 但是不能忽视其造成的影响。另外，催化剂也可能发生中毒现象（反应原料中含有的微量杂质使催化剂的活性、选择性明显下降或丧失）。
二.脱硝SCR技术实用案例
华北地区某燃气-蒸汽联合循环联合电厂于2014年末投产，该电厂主要由三部分装置组成：燃机及其发电机、汽机及其发电机、余热锅炉。工程采用一拖一燃气蒸汽联合循环发电供热机组。燃气轮机采用美国GE公司生产的PG9371FB型燃机；余热锅炉采用哈尔滨锅炉厂制造的三压、再热、无补燃、自然循环、带除氧器、全封闭、带SCR、卧式余热锅炉；蒸汽轮机采用采用哈尔滨汽轮机厂三压、再热、双缸型、向下排气、燃气蒸汽联合循环用凝汽式汽轮机；燃机发电机及汽机发电机分别由美国GE公司及哈尔滨电机厂制造。控制系统为MarkVIe控制系统。
该电厂脱硝SCR技术应用实例如下：
1.系统构成
该脱硝系统分为供氨站和余热锅炉脱硝单元组成。
供氨站包含液氨卸料及存储系统、蒸发系统、氨气吸收稀释系统、氮气吹扫系统。
余热锅炉脱硝单元主要包括反应器、催化剂、喷氨系统。
2.工艺流程
原料液氨由液氨槽车运送至供氨站，卸氨压缩机从液氨储罐抽氨气，经压缩提升压力后去液氨槽车，把槽车内的液氨压至液氨储罐储存→来自液氨储罐的液氨通过液氨供应泵输送至液氨蒸发器，经蒸汽加热蒸发形成氨气。氨气再经氨气缓冲罐稳压，控制流量去余热锅炉脱硝单元→在余热锅炉脱硝单元，来自供氨站的氨气经注氨调节阀控制流量后进入氨-空气混合器，与空气（两台一备一用的稀释风机由大气吸入）充分混合后，至余热锅炉脱硝SCR模块→燃气轮机排放的烟气NOx与氨气NH3在余热锅炉脱硝SCR模块在一定温度的条件下反应，生成N2和H2O，经由余热锅炉尾部烟囱消音后排至大气。
3.主要技术规范
⑴ 入口烟气排气温度：329℃
⑵ 入口烟气排气压力：3kPa
⑶ 烟气质量流量：718.1kg/s
⑷ 入口处烟气成份CO2：4.25%；O2：1.85%；N2：74.64%；H2O：8.37%；Ar：0.89%（质量比组分）
⑸ 入口处NOx含量(15%O2)： 24.4ppm
⑹ NOx脱除率（性能验收期间）：65%
⑺ NOx脱除率（寿命期间）：65%
⑻ 液氨(规定品质)：0.082t/h
⑼ 工艺水(规定水质)：10m3/h
⑽ 压缩空气：40Nm3/h
⑾ 蒸汽(蒸发用)：0.04t/h
⑿ SCR出口NOx：17.5mg/Nm3（15%O2，标态，干基）
⒀ SCR出口NH3：3ppm（15%O2，标态，干基）
4.安装设计
对于余热锅炉脱硝SCR单元来说，为了达到更高的脱硝效率和更低的氨逃逸率，同时降低催化剂体积余量，最重要的就是控制催化剂前流场的均匀性。为了确保氨与烟气混合的均匀性，需要对余热锅炉入口烟道及氨喷射级系统进行了合理设计。
注氨喷管从锅炉两侧引入，沿锅炉高度方向分为8个部分，每个部分11根喷管，共计88根喷管。每根喷管上设计有28个喷嘴，喷嘴小孔直径为4mm。反应器处截面积为12100*20682mm；催化剂共布置一层，单层布置4*12块；催化剂采用进口蜂窝式，孔数为70孔。
脱硝反应器位于余热锅炉高压蒸发器下游的烟道上，反应器内部设有催化剂支撑及导向结构，烟气脱硝以20%氨水制氨为还原剂，由氨水计量泵输送到蒸发-混合装置，通过压缩空气将氨水雾化后喷入到蒸发器中，经雾化的氨气送至余热锅炉汽包层与稀释风机来的高温高压空气混合，之后输送至余热锅炉的脱硝氨喷射系统喷氨栅格。氨水蒸发器出口的氨气-烟气混合气中氨气浓度不得大于5%（体积比）。氨水流量的控制应根据锅炉负荷变化及 NOX分析仪等反馈信号自动地调整，并能根据烟气温度自动投入或停止喷氨系统。
5.系统投运、运行与停运
5.1系统投运步骤：
5.1.1投运加热蒸汽，液氨蒸发器进口气动阀门和液氨储罐出口气动阀门投入连锁，保持氨气压力0.2～0.4MPa，温度35～45℃。
5.1.2启动一台稀释风机。
5.1.3在催化剂的温度未达到最低连续运行温度230℃之前，严禁启动喷氨装置，防止硫酸盐和硝酸盐沉积在催化剂表面上。
5.1.4确认脱硝催化剂前烟气温度＞235℃，且稳定运行1小时以上。
5.1.5打开注氨关断阀，缓慢打开注氨调节阀。
5.1.6将注氨调节阀投入自动。
5.2系统运行期间检查与操作：
5.2.1注意稀释风机的振动、噪音、严密性。
5.2.2检查系统管道及接口法兰完好，无跑冒滴漏现象。
5.2.3稀释风机启动时，对设备的运行状况应经常检查以防过热。不允许风机出口阀门未开而长时间运行。
5.2.4查看各注氨手动阀阀杆、法兰处是否存在漏气现象。
5.2.5检查系统阀门状态正确，管路畅通。
5.3系统停运步骤：
5.3.1逐步缓慢关闭余热锅炉脱硝注氨调阀，直至关至0%。
5.3.2关闭3号余热锅炉脱硝注氨关断阀。
5.3.3退出液氨蒸发器蒸汽。
5.3.4退出液氨蒸发器进口气动阀门和液氨储罐出口气动阀门连锁，退出液氨蒸发器，关闭液氨储罐出口气动门。
5.3.5机组停运12小时后停运稀释风机。
5.实际运行中不同工况的脱硝经济性分析
该燃气-蒸汽联合循环联合电厂脱硝SCR装置的运行情况如下（某年9月份）
⑴ 燃机功率130MW；脱硝SCR模块入口烟气NOX 24.6mg/m3；脱硝SCR模块出口烟气NOX 14.9mg/m3；氨气流量5.8kg/h；脱除率60.6%。
⑵ 燃机功率150MW；脱硝SCR模块入口烟气NOX 23.2mg/m3；脱硝SCR模块出口烟气NOX 14.5mg/m3；氨气流量5.6kg/h；脱除率62.5%。
⑶ 燃机功率200MW；脱硝SCR模块入口烟气NOX 22.9mg/m3；脱硝SCR模块出口烟气NOX 15.1mg/m3；氨气流量4.1kg/h；脱除率65.9%。
⑷ 燃机功率230MW；脱硝SCR模块入口烟气NOX 21.6mg/m3；脱硝SCR模块出口烟气NOX 14.1mg/m3；氨气流量3.6kg/h；脱除率65.3%。
⑸ 燃机功率250MW；脱硝SCR模块入口烟气NOX 28.6mg/m3；脱硝SCR模块出口烟气NOX 15.5mg/m3；氨气流量11.9kg/h；脱除率54.2%。
⑹ 燃机功率270MW；脱硝SCR模块入口烟气NOX 29.3mg/m3；脱硝SCR模块出口烟气NOX 14.6g/m3；氨气流量14.1kg/h；脱除率49.8%。
已知在采集上述数据时该燃气-蒸汽联合循环联合电厂NOx排放的设定值为15mg/m3。
通过上述数据可以看出，随着燃机功率的不断变化，脱硝SCR模块出口烟气NOX的排放基本能维持在设定值15mg/m3，符合燃气轮机发电机组污染物排放限值的国家标准。但是脱硝SCR模块入口烟气NOX 的排放值则呈先降低后升高的趋势，因而氨气的使用量有一个较低的区间，同时在这个区间，脱硝SCR模块的脱除率更加接近技术规范表2中的设计值65%。参考当前液氨价格在3000元/吨左右，因此在机组正常运行期间，应不断调整机组的运行情况，寻找发电输出与氨气消耗的平衡点，力求达到经济效益最大化。
三.脱硝SCR技术在运用中的问题探讨
脱硝SCR技术在生产运用过程中可能会发生多种问题及事故，现以上文提及的燃气-蒸汽联合循环联合电厂为依据，就主要可能发生的问题或发生后会引起严重后果的事故为例，探讨相应处理措施及预防方案。
1.脱硝SCR装置异常
脱硝SCR装置在运行中可能会发生设备异常，主要表现有以下几个方面：
1.1 SCR 系统氨气母管压力低或温度异常。此时应通过操作画面的运行参数分析具体原因，根据故障原因做好处理措施，如果发生入口压力低，应检查供氨站、SCR管路是否有泄漏，氨气缓冲罐氨液是否充足。温度异常时查看蒸发系统加热蒸汽投入是否正常。如遇大量泄露时需按照下文氨泄露情况进行处理。
1.2脱硝SCR模块入口温度低,逻辑动作SCR 氨气自动关断阀关闭。此时应调整燃机运行工况，提高燃机排气温度，保证脱硝SCR模块入口温度达到允许值。
1.3 SCR 稀释风机 A、B故障全部跳闸，逻辑动作SCR 氨气自动关断阀关闭。此时应该联系相关检修人员处理，同时确认 SCR 氨气自动关断阀关闭。
2.氨泄漏
若发生氨气泄漏，由于氨气有强烈的刺激性气味，所以最直接，最主要的现象就是人为嗅到刺激性恶臭的味道。如果液氨储罐、氨气缓冲罐、液氨蒸发器、氨-空气混合器出现压力非正常性降低的情况，则液氨/氨气有可能发生泄漏。
氨泄露时应按照以下方式进行处理：
2.1泄漏趋势无法控制时，首先要通知公司消防队，参与紧急抢险，并由公司应急指挥领导小组组长决定请求地方政府消防大队救援。事件报告要求事件信息准确完整、事件内容描述清晰，事件报告主要内容包括：事件发生的时间、地点、事故性质、先期处理情况等。
2.2关闭液氨蒸发器进出口阀门，液氨储罐出口阀门，通知现场人员切断氨站总电源，若在余热锅炉处泄漏，应停止稀释风机运行，通知现场人员关闭氨-空气混合器进出口阀门。
2.3尽可能隔离泄漏源，远方开启氨区消防喷淋水，接通附近消防水管，向泄漏处大量喷水以控制危险源，抢救受害人员。若不能隔离泄漏源，则禁止熄灭泄漏处的火焰，应向容器喷水使其冷却。灭火剂可采用雾状水、抗溶性泡沫、二氧化碳、砂土等。
2.4现场人员注意观察风向标，应尽快撤离到上风口位置，佩戴好正压式呼吸器或防护面具。将现场人员向逆风疏散。
2.5现场人员中毒时，应使中毒人员迅速离开现场，转移到空气新鲜处，保持呼吸道畅通；如呼吸停止，立即进行人工呼吸，并等待医务人员救治或送往医院抢救。
2.6皮肤接触氨气或液氨时，应立即脱掉被污染的衣服，并用大量的清水冲洗皮肤或用2%的硼酸溶液冲洗。眼睛接触氨气或液氨时，则立即翻开上下眼睑，用流动的清水或生理盐水冲洗至少20分钟，并送往医院抢救。
3.脱硝SCR装置火灾及爆炸
脱硝SCR装置发生火灾、爆炸时：
3.1岗位人员必须利用就近通迅器材拨打119报警电话，尽可能切断液氨储罐的隔离阀门，降低事故等级、缩小事故扩散范围，并切断泄漏氨气扩散范围内的电源。
3.2管理人员立即组织具有相应资质的消防值班人员正确使用消防栓或灭火器灭火，同时安排专人引导消防车顺利进站进行灭火。
3.3应视情况拨打急救电话120，组织抢救伤员。
3.4进入事故现场的人员必须穿着防护服、佩戴正压式呼吸器。
四.总结
随着世界范围内对环保的要求日益升高，越来越多的燃机电厂会想尽办法降低污染物的排放。因此，在燃机电厂的建设改造过程中，可以依据实际情况，选择合适的脱硝方式。通过本文对SCR技术应用的探索与研究，我们完全可以选择这种成熟的方式，提高脱硝效率、提升脱硝质量、优化脱硝经济性，为环保事业贡献力量。
参 考 文 献
[1]司文伟.燃机电厂锅炉脱硝问题及改造探究[J].时代农机,2017. (11):27-28.
[2]黄日辉.M701F燃气-蒸汽联合循环机组SCR脱硝技术的应用[J].中国电业,2019(08):92-94.