深圳市能源环保有限公司
摘要：垃圾焚烧发电企业为降低 NOx浓度而加装SCR烟气脱硝装置后，会对原有系统引风机出口烟道、锅炉汽包压力等产生负面影响。为了维持原有系统及烟气脱硝装置的安全稳定运行，必须采取相应的措施，并对运行方式进行适当调整。由于目前 SCR 烟气脱硝方法已经在我国垃圾焚烧发电企业陆陆续续采用，如何降低其产生的不利影响已经必不可少。
关键词：脱硝；负面影响
Study on the Negative Effects of SCR Flue Gas Denitrification System
Zhang Lei
（Shenzhen Energy and Environmental Protection Co.，Ltd.）
ABSTRACT：When SCR flue gas denitrification unit is installed in waste incineration power generation enterprises to reduce the concentration of NOx，it will have negative effects on the outlet flue of the original system induced draft fan，boiler drum and so on.In order to maintain the safe and stable operation of the original system and the flue gas denitrification unit，corresponding measures must be taken and the operation mode must be adjusted appropriately.At present，the SCR flue gas denitrification method has been used successively in garbage incineration power generation enterprises in China，so how to reduce its adverse effects has become indispensable.
深圳市作为一个一线大城市，改革开放以来，随着生活水平的提高、现代化城市的迅速发展，生活垃圾的污染问题日渐突出。传统的城市生活垃圾填埋处理受到越来越多的限制，根据城市生活垃圾处理无害化、减量化和资源化的基本原则，生活垃圾焚烧发电已成为近年来解决城市生活垃圾出路的一个新方向，垃圾焚烧厂的建设在近年发展十分迅速。
在今后较长时间内，城市生活垃圾进行焚烧处理工艺不会改变。垃圾焚烧电厂以城市垃圾作为主要燃料，垃圾焚烧后释放出大量NOx，造成大气环境污染。由于我国垃圾焚烧电厂在NOx排放控制方面起步较晚，以致于NOx排放总量的快速增长抵消了近年来卓有成效的SO2控制效果。专家预测，如果按照目前的排放情况，测计2020年NOx排放量将达到850万吨左右，2015～2020年期间，垃圾焚烧行会NOx排放总量将会超过SO2，成为电力行业的第一大酸性气体污染物，有效控制火电厂NOx排放已迫在眉睫。根据深圳市最新《大气污染排放标准》执行NOx最高允许排放浓度80 mg/m3的标准，且必须预留烟气脱硝装置空间。
现有烟气脱硝方法中，选择性催化还原（SCR）法最为成熟，在烟气脱硝领域应用最为广泛。SCR技术最早是在20世纪50年代由美国人提出，于1978年实现了工业化应用，脱硝效率可高达90%以上，它具有脱除效率高、无副产物、不形成二次污染，装置结构简单、运行可靠，便于维护等优点。SCR脱硝的基本原理是：氮氧化物在催化剂作用下，在一定温度条件（一般为230～250 ℃）时被还原剂（一般选择用NH3）还原为无害的氮气和水，“选择性”是指氨有选择地进行还原反应，在这里它只选择还原NOx。
对于在脱硝设计前，垃圾焚烧线系统已经设计和安装完成，由于安装脱硝系统后，会对原垃圾焚烧系统和现有的SCR脱销系统运行中造成一些不利影响。为了保证主机及脱硝系统的安全稳定运行，必须对原机组进行适当改造，并在运行操作上进行适当调整。
1、SCR烟气脱硝系统对催化剂的影响
SCR烟气脱硝装置由于需要催化剂来进行反应，在 SCR 脱硝反应器中发生大量的化学反应，对反应器产生影响的主要是生成的硫酸氢铵。烟气中部分 SO2 被催化氧化为 SO3，从脱硝反应器逃逸的部分氨与烟气中的 SO3 和 H2O 反应生成硫酸氢铵，增加了催化剂堵塞和箱体腐蚀的风险。当 NH3与SO3 的比例超过 2：1 时，就会生成硫酸铵，即使脱硝装置设计时采取措施减小氨的逃逸率，结垢还是经常发生。原因是负荷瞬变期间，气流层化、氨或 NOx 分布不当、系统控制故障或催化剂效果降低等引起氨的逃逸率上升。
硫酸氢铵牢固粘附在催化剂表面上，使催化剂发生积灰。这些沉积物将减小催化剂内流通截面积，从而引起催化剂阻力的增加，同时降低催化剂换热元件的效率。经验表明，传统的再生式催化剂对硫酸氢铵结垢的反应非常敏感。处于脱硝反应器下游的催化剂除非采用适当的措施，否则会因催化剂冲洗而降低锅炉机组的可用率。
2、SCR烟气脱硝系统对引风机的影响
对于已有机组加装烟气脱硝的系统来说，由于烟道阻力损失、SCR 脱硝装置阻力损失增大，造成引风机压头增大。SCR 脱硝装置反应器和增加的烟道使锅炉烟气侧阻力增加，从而增加引风机的功率和电耗。对于在役锅炉，由于设备空间和场地条件的限制，反应器无法布置在锅炉附近，因采用 SCR 脱硝装置而增加的烟气阻力有可能超出原有引风机的容量裕度，这时，必须增加引风机的容量。SCR 脱硝装置产生的烟气阻力包括烟气在烟道中的沿程阻力、局部阻力和催化剂本身的阻力。催化剂在反应器中采用分层布置（一般为 2～3 层），对于反应器中典型的设计烟气流速 4～6 m/s 和标准尺寸的催化剂模件，每层催化剂的烟气阻力约为 200 Pa。采用 SCR 脱硝装置，烟气侧阻力增加约为 700 Pa，引风机裕度可能无法满足要求而被迫改造。
3、SCR烟气脱硝系统对锅炉热效率的影响
由于 SCR 脱硝装置反应器面积很大，而且连接烟道较长，增大了系统的散热面积，使锅炉的散热损失增加。现有机组加装 SCR 脱硝系统，由于反应器无法布置在锅炉附近，甚至需要布置在锅炉厂房外，烟道需要加长，散热损失将增加较多。经计算，当采用厚度为 100 m 硅酸铝保温材料保温时，烟气流过反应器和烟道的温降为 8 ℃，锅炉热效率约降低 0.3%。
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此外，由于SO2 的氧化，烟气中SO3 的浓度大大增加，特别是对于垃圾焚烧电厂来说，这一问题更为突出。通常，烟气经过 SCR 后，SO3 的浓度会增加近一倍，致使烟气结露温度大大提升（烟气中水汽本身的结露温度是很低的，一般约在 30～60 ℃，但烟气中只要有0.005%的三氧化硫，烟气结露温度即可高达 150 ℃以上）。如果继续维持原有排烟温度运行，SCR 反应器和空气预热器以及在布袋除尘器的布袋表面（如采用布袋除尘器），都会出现不同程度的结露现象。烟气经过后，粉尘就会粘附在上述结露的表面上，出现严重的堵灰现象。酸液会使积灰累积硬化，降低催化剂等换热元件的传热效率。为了缓解结露，机组运行被迫维持更高的排烟温度，使大量热能无效地从烟囱流失，大大降低了锅炉热效率，当机组处于较低负荷运行时，维持排烟温度更加困难。对于低灰布置的脱硝系统，虽然上述积灰现象会有所减轻，但为了使进入 SCR 反应器的烟气温度达到催化剂需要的反应温度，SCR 还要增加一个换热装置来提高烟气温度，同样会影响到锅炉的热效率。而无论制氨系统采用液氨加热挥发还是高温热解氨水系统，也都需要消耗大量的热量，影响锅炉热效率。
4、SCR烟气脱硝系统对烟气污染物成份的影响
由于催化剂的存在，NH3 喷入烟气后，在发生正常化学反应脱除烟气中的NO2 和NO 的同时，也会发生其它一些副反应。
例如NO 和NH3 还可生成温室气体N2O。
4NO+4NH3+3O2→4N2O+6H2O（1）
如果实际运行过程中，NO/NH3（摩尔比）＜1，NH3还可以通过下述反应被氧化。
2NH3+3/2 O2→N2+3H2O（2）
2NH3+2O2→N2O+3H2O（3）
2NH3+5/2O2→2NO+3H2O（4）
可以看出，经过SCR 反应器后，烟气中N2O 的浓度会明显增加。N2O 是一种破坏臭氧层的物质，以CO2 为参照，其温室效应系数为140～11700，对环境有很大的影响，这是SCR 工艺无法避免但也是难以解决的问题。
5、SCR烟气脱硝系统的其它负面影响
SCR 的其它负面影响主要有以下几个方面：
（1）由于实际操作中为了达到高脱硝率，或者 NH3 加入量的控制出现误差，NH3 加入量会出现高于设计值的情况，致使烟气中含氨量大大增加，造成二次污染。此外，由于氨水具有很强的挥发性，易泄漏，操作及贮存困难，造成环境污染。在锅炉运行情况变化较快时，可能会造成 NH3 逃逸量的瞬时增加。当 NH3 的逃逸量高于 5ppm 时，会有氨的气味而影响大气质量。
（2）NH3 或氨水具有很强的腐蚀性，增加了生产和运输工程中的不安全因素。液氨是强腐蚀性有毒物质，对皮肤和眼睛有强烈腐蚀作用。液氨蒸气强烈刺激呼吸道黏膜和眼睛，能引起呼吸困难，甚至窒息。液态氨变为气态氨时会膨胀850 倍，并形成氨云。气态 NH3 和空气混合物的爆炸极限浓度是 16%～25%（V/V），NH3 和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸。容器内的液氨若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。有鉴于此，在液氨存储和使用过程中，要严格遵守有关的安全规定。必须严格控制管道及系统中的氧含量，并定期检查系统，发现有氨泄漏情况要及时处理。
（3）烟气中 SO3 浓度增加，产生蓝羽会降低烟囱排烟的透明度，同时 SO3 在排烟时已转化成硫酸，直接形成酸雨，污染环境。
（4）使脱硫废水及催化剂冲洗水含氨。由于脱硫废水处理系统及工业废水处理系统无处理氨的能力，影响废水的正常回用及排放。
6、结论
SCR 烟气脱硝技术作为目前最为成熟的烟气脱硝方法，其在垃圾焚烧发电企业的推广应用，可以大幅降低温室气体 NOx 的排放量，从而缓解我国日益严峻的环境压力。然而加装 SCR 烟气脱硝装置对于原有系统也不可避免的产生一些负面影响，比如催化剂积灰、由于系统阻力增加引起的引风机裕量不足、锅炉热效率损失等，有些问题必须通过对原有系统进行一定改造才能得以解决。由于实际运行经验的缺乏和 SCR 烟气脱硝装置本身的特殊性，如烟气中温室气体 N2O 排放浓度增加等问题尚无理想的解决办法，有待今后进一步研究。
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论文作者:张雷
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第27期
论文发表时间:2019/7/30
标签：烟气论文; 催化剂论文; 系统论文; 锅炉论文; 装置论文; 反应器论文; 阻力论文; 《建筑细部》2018年第27期论文;