摘要：近年来，我国SO2和NOX的排放量不断增加，区域性大气污染日趋明显。随着电厂污染物排放标准的日趋严格，脱硝技术将成为各大电力企业，尤其是火电厂的新关注点。我国的能源结构决定了在较长的时间内不会改变以火电为主的格局。选择性催化还原（SCR）法脱硝技术是我国火电企业目前应用最广泛的锅炉烟气脱硝技术之一，也是国际上火电企业使用的主流技术，我国已经投运和在建的火电厂烟气脱硝装置大多采用的是SCR脱硝装置。本文对电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计进行了相关探讨。
关键词：烟气脱硝；选择性催化还原；燃煤锅炉；SCR烟气脱硝中
1SCR烟气脱硝系统技术原理
SCR又叫做选择性催化还原技术。这种技术是当前行业内比较成熟的一种脱硝技术，是一种炉后脱硝技术，最早是在日本兴起的，主要是利用向烟气中喷入氨气（NH3）作为还原剂在金属催化剂存在的条件在，在300～400℃较低的温度条件，将NOX还原为N2和H2O。SCR法是目前应用最广的脱硝工艺，技术成熟、可靠性高、脱硝效率可在50～90%间灵活设计，因此也叫做选择性还原法，当前世界上使用较多的SCR技术使用的脱硝还原剂通常包括尿素、液氨，氨水三种。其中使用尿素制氨的方法最安全，其投资、运行总费用最高；纯氨的运行、投资费用最低，液氨属于重大危险源，存储安全要求高。氨水介于两者之间。在这种脱硝技术中，最常用的催化剂大多需要载体，载体一般都是TiO2，以V2O5或V2O5-WO3或V2O5-MoO3为活性成分，载体的形式有三种，比如蜂窝式、板式、波纹式。
2SCR烟气脱硝技术的控制要点
2.1流场设计
通过数值模拟的方法，对初始设计方案进行研究，发现初始设计方案尚有需要改进之处。通过反复优化导流叶片的形状及位置，最终的结构满足现有的技术指标要求。两层催化剂投运100%BMCR工况下，氨喷射装置前截面的速度最大相对偏差小于7%，第一层催化剂来流速度分布最大相对偏差为3.5%；第一层催化剂来流速度与竖直方向夹角小于10°；第一层催化剂来流氨浓度分布最大相对偏差为0.7%；系统阻力667Pa（从省煤器出口到空预器入口，含两层催化剂的阻力）。通过将原烟道与新改造的脱硝烟道进行数值模拟对比发现，脱硝改造后，进入一次风空预器、二次风空预器的灰量、烟气量基本保持不变。
2.2SCR催化剂的选择
催化剂对整个系统来说有着极为重要的影响，因此，必须合理选择SCR烟气脱硝系统的催化剂。催化剂的选择，需要考虑两个方面的因素，一是催化剂本身的性质，比如活性、温度范围等，二是实际的需要。此外，催化剂的结构形式也需要考虑在内。系统运行一段时间后，催化剂的活性会降低，氨的逃逸量也会增加，为了使催化剂得到充分合理利用，一般根据设计脱硝效率在SCR反应塔中布置２-４层催化剂。工程设计中通常在反应塔底部或顶部预留１-２层备用层空间，即２＋１或３＋１方案。采用SCR反应塔预留备用层方案可延长催化剂更换周期，一般节省高达25%的需要更换的催化剂体积用量，但缺点是烟道阻力损失有所增大。
2.3反应温度
采用钒、铬、钨催化剂，当反应温度改变时，可能发生一些不利于NOX还原的副反应，尤其是当温度较高时。比如，发生NH3分解为N2和H2或NH3被O2氧化为NO的反应时，还原剂会减少。这些反应在温度超过450℃时开始变得激烈，温度继续升高后还可能生成NO2，进而使NOX的还原率下降；温度为300～400℃时，NH3与NOX只生成N2和H2O，NOX的还原率随着反应温度的升高而提升。
2.4空间速度
空间速度标志着烟气在反应器内的停留时间。如果空间速度过快，则气体和催化剂的接触时间会变短，导致反应不充分，NOX的脱除率降低；如果空间速度过慢，则催化剂和设备的利用率会下降。
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2.5脱硝装置及其配置的设备
脱硝装置及其配置的设备需要满足以下要求：确保脱硝装置处于闭合状态，保证装置的密封性，防止烟气泄漏到大气中；脱硝系统应能在锅炉60%～110%工况之间的任何负荷持续安全地运行。脱硝装置能快速启动投入，在负荷调整时具有良好的适应性，在运行条件下能可靠和稳定地连续运行；确保脱硝装置检修时间间隔应与机组的要求统一，不增加机组的额外的维护和检修时间；在设计上留有足够的通道，包括施工、检修需要的吊装及运输通道。
3SCR反应塔的布置方案
3.1高温侧低飞灰烟气段布置
SCR反应塔应该安装在高温静电除尘器出口和空气预热器入口中间的位置也就是高温静电除尘器的后侧，其在运行过程中最主要的一个特点就是烟气在进入到SCR反应塔之前实际上已经过了除尘处理，粉尘的水平相对较低，但是其二氧化硫的浓度还处在比较高的水平，细灰颗粒比较容易产生粘结，此外还有可能在这一过程中出现自清扫现象，催化剂的功能就会受损。所以在应用的过程中需要用比较快的清扫速度来对催化剂的表面进行清理。高温静电除尘器的运行温度一般在300～400℃之间，如果在进入到SCR反应塔之前已经有了较高的温度，则不需要对其再进行二次重复加热。
3.2高温侧高飞灰烟气段布置
SCR反应塔在设计的过程中，一般直接安装在了省煤器出口和预热器入口中间的位置，也就是要将其设置在空气预热器和静电除尘器的前面，其在运行中最突出的特点就是烟气在经过省煤器之后要进入到SCR反应塔当中，其温度一般在300-430℃之间，能够满足很多催化剂的使用需求。采用此种方案的时候，烟气在进入到SCR反应塔之前是不需要在再加热过程的，所以在成本投入方面存在着较为明显的优势，也成为了很多燃煤电厂锅炉安装SCR烟气脱硝装置的一个十分常见的方案。但是在离开锅炉省煤器之后，烟气当中的飞灰和二氧化硫浓度相对较高，催化剂容易受到飞灰颗粒和副产物的影响，催化剂表面极容易破损，因此设备的性能也会受到极大的影响。所以，SCR采用的是高温侧飞灰烟气段布置的时候，在催化剂的选择上需要特别注意，一定要选择那些性能比较好的催化剂，如果有必要的话还可以对催化剂进行硬化处理，催化剂的数量一定要充足。
3.3低温侧低飞灰尾部烟气段布置
SCR反应塔一般都设置在空气预热器和静电除尘器以及烟气脱硫装置的下半部分，也就是说要设置在除尘器和脱硫装置的后面。烟气在经过高温除尘器和脱硫装置的处理之后，SCR入口的二氧化硫浓度非常低，所以催化剂不容易腐蚀或者是堵塞，所以在催化剂的选择上可以采用中等口径的催化剂，此外喷氨对飞灰质量和脱硫废水也基本上不会产生负面的影响。
4供氨系统与喷氨系统
供氨系统主要包括氨的存储、氨的蒸发以及输送，此外还有喷氨系统。其中，当前主要的供氨有三种方式，一是液氨，二是氨水，三是尿素。而在供氨系统运行过程中，必须严格控制SCR烟气脱硝装置入口处的硫化物浓度，以及烟气流速、喷入氨的浓度分布等。
5结语
SCR法技术成熟，全烟气脱硝效率高，在国内应用广泛。装置投入运行后，会对锅炉性能、尾部烟道结构布置及空预器运行状态产生影响。同时氨气是有毒、易爆气体，液氨属于重大危险源在运输、储存、供应的过程中应严防泄漏及酿成安全事故，确保安全稳定生产。
参考文献：
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[3]电站锅炉SCR烟气脱硝系统优化数值模拟[J].杨竞.资源节约与环保.2016（12）
[4]SCR脱硝系统中不同形状静态混合器的流场研究[J].陈瑶姬，瞿炜峰，刘寒梅，葛春亮.浙江电力.2017（04）
论文作者:王彦红1,谢筱萌2,谢健3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/20
标签：烟气论文; 催化剂论文; 装置论文; 温度论文; 系统论文; 技术论文; 锅炉论文; 《电力设备》2018年第4期论文;