摘要：当前国内外一直关注环保问题，随着节能减排法规的渐渐完善，我国政府对火电厂废气的排放要求越来越严格。NOx气体排放作为污染源的一种，常规手段已经满足不了当前达标排放的要求。SCR烟气脱硝系统作为一种效率高，污染率小的手段，已经被应用到多家火电厂。本文主要探讨了超低排放形势下SCR脱硝系统运行存在问题与对策。
关键词：NOX；烟气脱硝；SCR；运行；控制
火力发电作为我国电力的主要来源，传统的生产方式给我国环境带来了极大的负面影响。进行烟气脱硫、脱硝、除尘的超低排放是燃煤发电必走的路。SCR脱硝在我国发展刚刚起步，我国缺乏核心技术，主要依赖进口，煤电企业的选择不多。煤电企业在坚持环境保护的同时，必须兼顾经济效益。在生产中不断摸索前进，进行技术改造，降低脱硝等环保设施的运行成本，提高设备运行的稳定性。
1 NOx超低排放存在的问题
燃煤电厂在现有SCR脱硝系统运行的基础上，通过提高脱硝效率实现NOx超低排放的同时，可能会出现以下新问题。1）脱硝效率通常由目前的60%~80%提高到85%~95%，SCR反应器在高效率下运行时，不仅需要增加催化剂用量，同时对脱硝系统入口NH3/NOx混合均匀性要求明显提高；2）增加催化剂用量，会造成催化剂的整体SO2氧化率提高，脱硝系统出口SO3质量浓度增大，加剧空气预热器硫酸氢铵堵塞的风险；3）将NOx排放质量浓度控制到50mg/m3以内后，日常运行中脱硝系统出口NOx质量浓度波动范围可能在20~50mg/m3，需要避免NOx排放超标和防止过量喷氨；4）SCR脱硝效率提高，通常会伴随着喷氨量的增加，由此会进一步提高脱硝系统的最低喷氨温度；5）提高脱硝效率大多采用增加备用层催化剂的方案，从而改变了现有催化剂的设计寿命管理方案，需重新制定催化剂的寿命管理策略。
2 问题分析及对策
2.1 NH3/NOx混合均匀性提高
SCR脱硝系统在较高的脱硝效率下运行时，氨氮摩尔比变化对脱硝效率和氨逃逸会的造成影响，随着氨氮摩尔比增大，脱硝效率升高，NH3逃逸也逐渐增大，尤其当脱硝效率超过90%时，氨逃逸增大的趋势明显加快，空气预热器形成硫酸氢铵堵塞的风险增大。
脱硝系统效率越高对NH3与烟气中NOx混合均匀性的要求也就越高，随着脱硝效率的提高，控制氨逃逸量的难度增大，空气预热器形成硫酸氢铵堵塞的风险也相应加大。因此，建议定期进行脱硝系统喷氨优化调整试验，将脱硝喷氨量调整至最佳值，避免SCR反应器出口截面局部氨逃逸量过高，从而提高脱硝系统运行的经济性。对于不具备双向分区喷氨量调节功能的脱硝系统，应对其进行优化改造，以实现喷氨量的精细化调整。
2.2 SO2氧化率提高
为实现NOx超低排放，通常需要增加催化剂体积量。脱硝系统催化剂多采用“2用1备”或“3用1备”模式布置。某电厂原SCR脱硝系统设计入口NOx质量浓度为400mg/m3，脱硝效率为80%。为实现NOx超低排放，在原基础上增加了第3层备用催化剂。实验室中试检测结果表明，脱硝效率提高到90%以上后，SCR脱硝系统出口NOx质量浓度由之前的44.6mg/m3降低至34.2mg/m3，氨逃逸量由之前4.4µL/L降低到了0.9µL/L。增加第3层备用催化剂后各层催化剂出口NOx质量浓度和氨逃逸量会变化。第一层催化剂在消除NOx方面贡献较大，而第三层催化剂的主要作用在于消除上游未参与未反应的NH3。在保证NOx达标排放的同时，要控制空气预热器硫酸氢铵的生成，降低脱硝反应器出口烟气中SO3的质量浓度，可考虑降低SO2氧化率。
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2.3 喷氨控制要求提高
脱硝系统在较高脱硝效率下运行，当锅炉运行工较大变化时，SCR脱硝系统-入口质量浓度会出现一定程度的波动，为防止NOx排放质量浓度瞬时超过50mg/m3，通常会将SCR脱硝系统出口NOx质量浓度设定为较低值。某电厂运行中SCR脱硝系统出口NOx质量浓度设定值为35mg/m3。若按照SCR脱硝系统入口NOx质量浓度500mg/m3计算，当出口NOx质量浓度为50mg/m3时，对应脱硝效率为90%，若出口NOx质量浓度低至20mg/m3时，则对应脱硝效率高达96%，即该电厂实际运行中脱硝效率变化范围为90%~96%。然而该脱硝系统的设计脱硝效率为92%，为保证NOx排放合格，同时避免过量喷氨，脱硝系统的喷氨控制优化至关重要。
部分电厂脱硝喷氨控制系统采用串级闭环控制逻辑，但自动调节喷氨量的效果仍然不佳，这与部分参数设置不合理有关，需要对控制逻辑中各项参数进行整定。参数整定具体包括：通过实际测试及理论计算对在线仪表测量值进行修正；对输出环节计算过程进行核对，并合理确定限幅；通过计算并结合试验的方法，对串级闭环控制PID参数进行优化整定。
2.4 最低喷氨温度提高
由于燃煤锅炉烟气中SO3的存在，催化剂在低温下运行时会在其毛细微孔内产生硫酸氢铵，造成催化剂微孔堵塞，使得还原剂NH3和烟气中的NOx难以到达催化剂活性位上，从而表现为催化剂活性降低及硫酸氢铵中毒现象。
低温下烟气中的SO3，NH3及H2O形成硫酸氢铵的过程为
SO3+NH3+H2O→NH4HSO4 （4）
最低喷氨温度T与入口喷氨量（CNH3）和SO3及H2O含量（CSO3，CH2O）之间成函数关系，即T=F（CSO3，CNH3，CH2O）。硫酸氢铵的生成量与烟气中的SO3，NH3及H2O含量成正比。SO3含量对最低喷氨温度的影响最大，NH3次之，H2O含量的影响最小。在烟气中SO3和H2O含量一定的情况下，当脱硝系统出口NOx质量浓度由100mg/m3降至50mg/m3以下时，喷氨量的增加会导致最低喷氨温度的升高。因此，脱硝系统运行时，需根据实际烟气参数及喷氨量的增加情况重新调整SCR脱硝系统运行的最低喷氨温度，并在脱硝系统控制逻辑中修改相应的保护值。
针对机组低负荷下脱硝系统入口烟温低于最低喷氨温度的情况，根据温差的大小情况，通常可采取调整锅炉运行方式或进行设备改造的措施的方式以满足低负荷下喷氨要求。
2.5 催化剂寿命管理难度增大
催化剂寿命管理目的在于经济有效地使用催化剂，根据不同阶段催化剂的实际运行性能，适当的增加、更换或再生催化剂，从而在确保NOx达标排放和设备安全运行的前提下，将脱硝系统的运行成本降至最低。当催化剂的脱硝性能下降至不能满足设计要求时，首先添加备用层催化剂，后期根据催化剂的实际性能下降情况更换或再生催化剂，以达到充分发挥旧催化剂的残余活性，延长催化剂的整体使用寿命的目的。
对于进行了NOx超低排放改造的机组，由于NOx排放控制目标和脱硝效率发生变化，原催化剂的设计更换管理周期将发生改变，备用层催化剂的提前加装将使得催化剂的更换频率增加。为有效进行催化剂的寿命管理，需要对旧催化剂和新装层（或再生）催化剂的性能进行定期检测。
3 结 语
SCR脱硝系统的脱硝投入率与反应器入口烟温、烟气中SO3含量、未反应的NH3量存在着一定的关系，在超低排放的形势下，可按现场情况合理控制喷氨量，减小氨逃逸量，采取方法抑制SO3的产生量，控制硫酸氢铵、硫酸铵的生成，避免造成催化剂堵塞、活性降低。
参考文献：
[1]姚明宇，聂剑平，张立欣，等.燃煤电站锅炉烟气污染物一体化协同治理技术[J].热力发电，2016，45（3）：8-12．
作者简介：
韩文晓（1985一），男，工程师，毕业于长沙理工大学，电子信息工程专业，本科，现主要从事集控运行工作。
论文作者:韩文晓
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/5
标签：催化剂论文; 系统论文; 烟气论文; 浓度论文; 效率论文; 质量论文; 硫酸论文; 《电力设备》2019年第2期论文;