深圳市能源环保有限公司宝安垃圾发电厂
摘要：随着环境压力的逐步加大，垃圾焚烧发电厂增加脱硝装置已势在必行。结合宝安垃圾焚烧发电厂一、二期SCR脱硝技术改造工程介绍的工艺原理、流程、技术特点，设计其自动控制的运行方式。
关键词：SCR工艺脱硝；技术改造工程
Operation mode and control of SCR flue gas denitrification system
Zhang Lei Huang Junbin
（Shenzhen energy environmental protection Co.，Ltd.Baoan garbage power plant）
Abstract：with the gradual increase of environmental pressure，it is imperative to add denitrification equipment to refuse incineration power plant.Based on the technical principle，process and technical characteristics of the one or two phase SCR denitrification technical renovation project of Baoan waste incineration power plant，the automatic control operation mode is designed.
Key words：SCR process denitrification；technical renovation project
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。
2.1、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。
2.2、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。
2.3、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。
2.4、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、SCR 烟气脱硝主要工艺设备及流程介绍
宝安垃圾焚烧发电厂 SCR系统内主要设备包括：SCR反应器、GGH换热器、SGH换热器、喷氨格栅、蒸发混合器、计量分配单元、稀释风蒸汽加热器、稀释风机、密封风电加热器、密封风机、增压风机等。
选择性催化还原法（SCR）脱硝技术是指在催化剂的作用下，还原剂（液氨）与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮和水，从而去除烟气中的NOx。选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应，而不与烟气中的氧气发生反应。
化学反应原理
图1脱硝反应过程示例
SCR工艺流程：还原剂（氨）用罐装卡车运输，以液体形态储存于氨罐中；液态氨在注入SCR 系统烟气之前经由氨水蒸发器蒸发气化；气化的氨和稀释空气混合，通过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中；充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中催化剂的作用下发生反应，去除NOx。
SCR 系统设备分布如图 2 所示
图 2 SCR 系统设备分布图
四、主要设备技术规范
五、启动顺序
5.1密封风单元启动
5.1.1、启动条件：
1、设备正常无故障；
2、打开密封风机出口手动阀门；
3、压力，温度显示正常；
4.2、启动流程：
1、启动密封风机，开启密封风出口母管电动门；
2、投入密封风电加热器；
5.2、蒸汽疏水单元启动
5.2.1、启动条件：
1、锅炉主参数运行正常；
2、确认蒸汽疏水管道阀门状态正常；
3、压力变送器，温度表，就地压力表正常；
5.2.2、启动流程：
1、打开SGH蒸汽侧入口电动开关阀、电动调节阀；
2、打开SGH疏水排地沟手动阀，暖管疏水30min，确认管道疏水和疏水器工作正常；（蒸汽阀门缓慢开启，管道预热升温）电动调节阀调节温度维持在260oC.蒸汽压力4.7mpa。
3、打开SAH蒸汽侧入口气动开关阀、自力调节阀；
4、打开SAH疏水排地沟手动阀，暖管疏水30min，确认管道疏水和疏水器工作正常；（蒸汽阀门缓慢开启，管道预热升温）自立调节阀调节温度维持在160oC.蒸汽压力2.6Mpa。
5、打开氨水汽化器蒸汽侧入口气动开关阀、自力调节阀调节压力1.6Mpa，温度为150oC；
6、打开氨水汽化器疏水排地沟手动阀，暖管疏水30min，确认管道疏水和疏水器工作正常；
7、待以上各加热器疏水管道温度达到130℃以上，待疏水水质检测合格后，将疏水回收至除氧器运行；
8、以上各加热器电动调节阀手动设定10%开度，观察锅炉蒸发量、汽包压力、汽包水位等参数是否稳定，检查各加热器管阀有无异常。
5.7、SCR系统启动结束。
以上为不带催化剂热态联动运行，系统启动后试运48h，再进行系统停机。
开展催化剂安装工作。催化剂安装验收、系统消缺后，进行带催化剂48h热态联动运行工作。
六、声波吹灰器启动
检查压缩空气和电磁阀是否正常，等系统都正常启动后，把声波吹灰器投入自动吹灰，吹灰顺序按照PLC设定。
6.1、手动调试
触摸屏按键切换到手动位置，按下将调试每一路按键，现场观察每一路吹灰器运行状况、每一台吹灰器发声及运行状况运行正常后，结束手动调试操作。
6.2、自动调试
将触摸屏按键切换至自动位置，系统进入自动运行调试状态。自动状态下，按下触摸屏上自动启动按键，系统将按预先设定的时间参数依次循环运行每组吹灰器，触摸屏上将显示当前的运行状态。经过二到三个循环周期的运行后，系统运行正常，自动调试完成。
6.3、注意事项
电控箱的控制程序在出厂前均已调好，请勿随意调整，若需调整应由专业负业负责人
七、热态联动运行停机流程
7.1、氨水气制备单元系统停止
停止条件：无
1、关闭氨水汽化器氨水调节阀，开度为0 %；
2、30min后关闭氨水汽化器蒸汽侧、气动开关阀（后期考虑增加反冲洗管路）；
7.2、还原剂输送泵单元系统停止
停止条件：两台炉氨水汽化器已停止运行
1、停止氨水输送泵，关闭氨水输送泵出口电动开关阀、回流调节阀；
6.3、稀释风加热单元停止
停止条件：氨水气制备单元、氨水输送泵单元已停止，且停止时间大于10min；
1、停止稀释风机运行，关闭热风入口电动开关阀；
2、关闭稀释风管路阀门；
7.4、SCR烟气系统停止
停止条件：氨水气制备单元、氨水输送泵单元、稀释风加热单元已停止运行；
1、退出SGH蒸汽加热单元；
关闭SGH蒸汽电动调节阀、蒸汽电动开关阀；疏水10min以上，观察各疏水温度、压力下降后，逐步关闭扩容器至除氧器乏汽、疏水阀门，退出蒸汽疏水单元运行。
2、引风机切至手动运行，维持炉膛负压-20Pa；
逐步打开SCR旁路挡板门，每次5%，观察炉膛负压及SCR系统入口压力，若炉膛负压波动超过100Pa，或SCR入口压力正压超过100Pa，则通过调整增压风机转速，保证SCR入口压力变送器压力为±100Pa，待压力稳定后，继续打开旁路挡板门。
1、待完全打开SCR旁路挡板门，然后变频关闭SCR增压风机；
2、依次关闭SCR入口挡板门、出口挡板门；
3、SCR系统停机结束
注：密封风单元、SCR入口CEMS测量装置一直保持运行状态，当锅炉停炉时，停止上述设备。
八、催化剂
8.1、启动运行：
1、催化剂本体材料在启动或停炉时的温度梯度限制为 120℃以上 50℃/分钟，120℃以下 10℃/分钟。但是，请注意催化剂钢结构框架材料的加热温度约为 10℃/分钟。
2、催化剂禁止受潮，或有水份带入催化剂。
3、锅炉烘、煮炉时烟气须走旁路。
4、正确切换烟气挡板门，启动和变负荷时要尽快通过冷凝点和酸露点，避免催化剂失活。催化剂在被加热过程中禁止喷氨，且避免冷凝水或酸性气体。
5、SCR系统烟道、反应器及其他相关的设备都不能带有水分和其他可能的使催化剂中毒的污染物。
6、只有在催化剂温度稳定保持在设计温度时，才能进行喷氨。在低于最低喷氨温度的情况下喷氨会造成硫酸盐、亚硫酸盐和硝酸盐物质在催化剂表面和下游设备上的沉积。
7、SCR系统最低连续运行烟温 230 ℃（0，+10℃），SCR系统最高连续运行烟温 300°C。
8.2、SCR停炉
1、应在反应器冷却到最低喷氨温度之前停止喷氨。
2、如果需要催化剂冷却到冷凝点和酸露点温度以下时，必须在干燥无酸性的空气环境下。
3、停炉后，利用稀释风机对催化剂进行手动吹扫，进行残留烟气的置换，避免烟气冷凝后对催化剂的腐蚀。此时需确认已停喷氨，利用稀释风管道，通过喷氨格栅处吹扫反应器催化剂。
4、停炉程序按照SCR停炉顺序执行。
5、SCR停炉后须正确切换挡板门，使SCR内部无烟气残留。
8.3、催化剂长期隔离
1、在长期停车期间，催化剂必须进行吹扫去除所有积灰、脱落的锈片。
2、催化剂上下两侧都需要清洗。
3、停炉后，一旦安全马上进入反应器，吹扫清洗催化剂表面和飞灰堆积周围区域。
4、用干燥无酸空气吹扫催化剂床层，防止催化剂表面湿气冷凝。
5、要采取措施避免弄湿催化剂。格外注意避免任何水分接触催化剂表面，无论水分来自锅炉的冲洗水、雨水还是管线泄漏。
6、极端重要的是在吹扫过程中，严禁形成小液滴落在催化剂表面。任何的小液滴都会导致催化剂机械性能上的损坏。催化剂的性能保证不包括这种损坏。
8.4．催化剂维护工作
为最大限度延长催化剂寿命和减少催化剂失活和中毒，推荐以下维护计划。
1、在线维护：
1以每天为基础，监控脱硝效率。
2每周通过监控烟气氨逃逸，监控催化剂性能。
3每天必须检查氨水耗量。
4每天监控通过反应器的烟气压力变化。
5以每天为基础，确保SCR还原剂控制系统工作正常。
2、月维护：
1推荐每 6个月测量烟气中氨逃逸。
2SCR系统仪器检查和校正（例如：还原剂控制系统、热电偶、压力表等）。
3、年度维护：
1催化剂活性测试：每年至少取 1条测试元件在实验室微反应器中，初始运行年度后从第一活性层取 1条元件测试，之后每个运行年度也需要从下面每一层取至少 1条元件。
2推荐第一活性层至少取 1条元件进行整套物理和化学特性测试。特性实验包括 BET表面积分析、微孔体积分布、化学和大颗粒表面分析、磨损和压缩强度测试和每 SO2/SO3转化率测试。
4、停炉维护：
1整个催化剂框架和反应器内目视检查
2催化剂框架变形和催化剂损失检查
3密封片和催化剂元件上的灰分堆积和堵塞检查
4流场校正设备的灰分堆积和损害检查，包括 SCR系统中 AIG、整流格栅和烟道。
5催化剂密封和焊接变形损坏检查。
6吹扫催化剂，包括去除灰分、脱落的铁锈等，避免磨损和腐蚀。
结束语：SCR 烟气脱硝系统初期投资成本大，但其工艺成熟、可靠性高、脱硝效率高、运行成本低，脱硝产物可直接排放大气，无二次污染。因此对于已建成机组，在考虑到现有设备基础、还原剂存储空间的布局及 SCR装置对现有设备的影响因素并完善相应控制策略后，SCR 工艺仍是较好的选择。
参考文献
[1] 胡永峰.SCR 法烟气脱硝技术在火电厂的应用 [J].节能技术，2007，（2）：152-155
[2] 顾卫荣.燃煤烟气脱硝技术的研究进展 [J].化工进展，2012，31（9）：2084-2092
[3] 刘学军.SCR 脱硝技术在广州恒运热电 300M 机组上的应用 [J].中国电力，2006，39（3）：86-89
论文作者:张雷,黄俊宾
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/12
标签：催化剂论文; 氨水论文; 疏水论文; 烟气论文; 单元论文; 还原剂论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第19期论文;