1000MW机组SCR烟气脱硝系统优化运行--中国期刊网

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1000MW机组SCR烟气脱硝系统优化运行

发表时间：2020/8/20 来源：《基层建设》2020年第10期作者：张意

[导读] 摘要：目前，我国的环保政策越来越严格，“脱硝”将列入环保的硬指标，即将实施的新版《火电厂大气污染物排放标准》将对火电厂氮氧化物排放标准提出更高要求。

        神华国华寿光发电有限责任公司山东寿光 262700
        摘要：目前，我国的环保政策越来越严格，“脱硝”将列入环保的硬指标，即将实施的新版《火电厂大气污染物排放标准》将对火电厂氮氧化物排放标准提出更高要求。面对日益严格的排放标准，近年来国内电力企业逐步安装烟气脱硝设备，脱硝越来越受到重视。绥中电厂位于辽宁省绥中县境内。新建4号1000MW超临界机组同时进行烟气脱硝。采用应用最广泛的选择性催化还原法（SCR）进行烟气脱氮。
        关键词：1000MW机组；SCR烟气脱硝系统；优化运行
        一、工艺原理介绍
        SCR全称为选择性催化还原法，是指在催化剂的作用下，还原剂NH3在200-350℃下有选择的将NO和NO2还原成N2和H2O，而几乎不发生NH3与O2的氧化反应。
        选择性催化还原（SCR）技术是目前应用最多而且最有成效的烟气脱硝技术。SCR技术是在钒催化剂作用下，以NH3作为还原剂，将NOx还原成N2和H2O。NH3不和烟气中的残余的O2反应，而如果采用H2、CO、CH4等还原剂，它们在还原NOx的同时会与O2作用，因此称这种方法为“选择性”。
        主要反应方程式为：
        4NH3+4NO+O2─>4N2+6H2O          （1）
        NO+NO2+2NH3 ─>2N2+3H2O         （2）
        SCR脱硝系统采用25%氨水为还原剂，与厂内原SNCR系统共用氨水储罐。SCR系统通过氨水输送泵，将25%氨水输送至氨水汽化器，与稀释风机输送的热风在氨/空混合器充分混合后，从喷氨格栅进入烟道，通过整流装置使氨气与烟气充分混合，混合了氨气的烟气均匀的通过催化剂层，使烟气中的氮氧化物与氨气发生催化还原反应。
        催化剂选用蜂窝式催化剂，反应温度230±5℃。催化剂保证在一定的烟温范围内，入口NOx浓度250mg/Nm3，锅炉负荷满足设计要求，在催化剂层发生催化还原反应，脱硝效率不小于68%，最终NOx排放浓度不高于80mg/Nm3。
        二、工艺系统组成
        SCR脱硝系统主要有几部分组成：控制管理单元、还原剂输送泵单元、蒸发混合单元、GGH加热单元、SGH加热单元、挡板门密封单元、循环再生单元、增压风机、反应器、催化剂、声波吹灰单元及蒸汽疏水单元等。
        （一）控制管理单元
        每条线单独设置PLC控制系统，完成SCR脱硝系统的控制，主控室设置一用一备的上位机监视系统，具备远方监视和操作的功能，并将增压风机、旁路门等重要信号接入DCS系统。
        （二）还原剂输送泵单元
        还原剂输送泵单元功能：氨水输送泵单元将25%氨水从氨水储存区加压输送至蒸发混合单元。氨水输送泵单元安装在氨水储罐附近，室内安装。
        （三）蒸发混合单元
        氨水溶液储罐内氨水通过氨水输送泵将其输送至氨水汽化器。氨水汽化器是把蒸汽和氨水换热后将氨水蒸发为氨水气，氨水气从氨水汽化器顶部排出，同时设有足够的过热加热段以保证氨水气输送至氨空混合器内不会冷凝。
        气化后的氨水气和稀释风通过氨/空混合器来实现混合，混合比例为氨气占总气体的3%~5%左右。稀释风设计两路取风口：一路为从SGH出口烟道取气；另一路取自环境空气，采用蒸汽加热器加热至150℃。氨/空混合器通过固定在管内的混合单元内件，使两股流体产生切割、剪切、旋转和重新混合后，经喷氨格栅均匀输送至烟道。
        （四）催化剂
        催化剂有贵金属和普通金属之分，贵金属催化剂由于它们和硫反应，且价格昂贵，实际上不予采用，普通催化剂催化效率不是很高，价格也比较贵，要求反应温度范围为300～400℃。比较常用的催化剂含有氧化钒和氧化钛。
        SCR催化剂由陶瓷支架和活性成分（氧化钒，氧化钛，有时候还有钨）组成，现在使用的催化剂性状主要有两种：蜂窝形和板形。目前我厂采用的是成型的蜂窝型陶瓷，催化剂填充在蜂窝空中或涂刷在基质上。采用板形时在支撑材料外涂刷催化剂。烟气含尘时，反应器一般是垂直布置，烟气由上而下流动。催化剂布置在1层和2层催化剂床上，为了充分利用催化剂，同时提供了一个备用的催化床层。当催化剂活性降低时，在备用层中安装催化剂。持续失活后，在旋转基座上更换催化剂，一次只换一层，从顶层开始，这种方法可以充分利用催化剂。吸收反应器内布置吹灰器，定期吹灰，吹去沉积在催化床上的灰尘。
        SCR系统的性能主要由催化剂的质量和反应条件所决定。在SCR反应器中催化剂体积越大，NOx的脱除率越高同时氨的逸出量也越少，然而 SCR工艺的费用也会显著增加。
        三、优化运行调整
        SCR反应器的入口烟道内NOx分布的均匀性和喷氨格栅每个喷嘴流速均匀性是影响脱硝率和控制副反应发生的决定性因素。烟道内烟气分布的均匀性主要通过反应器入口烟道导流板实现；每个喷嘴流速的均匀性主要通过调整每一路供氨支管上的调整阀实现［11］。
        绥中电厂4号机组脱硝装置目前的运行方式是供氨母管阀门的开度跟踪在线仪表测量的脱硝效率自动调节，注氨格栅各分支阀门开度一致。从上述分析结果可得出：（1）在线仪表提供的脱硝效率不能完全反应同截面其他点的情况；（2）供氨母管控制阀自动跟踪在线仪表安装点的脱硝效率调整开度会造成SCR反映器其他区域供氨量过多或过少；（3）SCR反应器内局部区域供氨量过少，达不到理想的脱硝效率，供氨量过多，会造成运行成本浪费，并可能导致局部NOx体积分数较点氨泄漏量增加。
        针对这种情况，应对SCR系统氨喷射格栅喷氨量进行优化调整，目的是通过调整每个喷嘴手动氨流量控制阀，在反应器出口建立均匀、稳定的NOx分布，使SCR系统在保持理想脱硝效率的同时，保持最小的氨逃逸率和良好的可控性运行，以节省喷氨量并减小对空预器的危害。
        氨喷射格栅调整应在100%锅炉负荷、NH3/NOx摩尔比为设计值的运行条件下进行，在SCR反应器的进、出口都设置一定量的采样和测试孔，其中，SCR反应器的进口测孔设在氨喷射格栅的上游。氨喷射格栅优化调整程序可按图1进行，表1是取样和测试点。

图1 典型氨喷射格栅调整程序
表1 取样和测试点

        注：●表示设置；—表示未设置
        四、结语
        随着我国环保政策越来越严格，NOx的脱除工作受到了越来越广泛的重视，越来越多的火电厂将会采取各种措施来降低氮氧化物的排放量，而选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝是国际上应用最广泛的脱硝方法，目前国内火电厂烟气脱硝工程也主要以SCR脱硝为主。不能只重视脱硝设备的建造和安装以及投产运行后的脱硝效率和达标排放，而忽视了运行成本及设备安全，烟气脱硝装置投入生产后运行方式的优化调整同样是一个重要的环节，通过一些技术手段，在达到环保指标的基础上，实现设备运行的安全稳定性和经济性，最终实现节能减排的目标。
        参考文献：
        [1]马善朴，杨志军，赵榕.烟气加热器在机组脱硝系统中的应用[J].工业技术创新.2017（05）