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【摘要】在电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化过程中，优化的质量问题直接影响到整个烟气排放的质量。本文将就SCR烟气脱硝系统设计优化质量的工艺流程进行探讨并提出相应替代办法。
【关键词】脱硝；SCR；烟气排放
一、前言
SCR烟气脱硝系统是电厂锅炉烟气排放的常用脱硝办法，SCR主要是利用还原与催化剂对烟道内的NOX分解的过程。目的是保证烟气的排放质量达到正常标准，是整个电厂锅炉排烟的重要环节。
二、质量通病的控制
ＳＣＲ烟气脱硝技术是一种以ＮＨ3为还原剂在催化剂的作用下将烟气中的ＮＯＸ分解成无害的Ｎ2和Ｈ2Ｏ的干法脱硝方法。
选择性催化还原法（SCR）脱硝技术是指在催化剂作用下，在280℃~420℃的温度范围内，还原剂（氨水、尿素等）有选择地将烟气中的NOX还原成为N2和H2O来减少NOX排放的技术，具有技术成熟、效率高、易控制等优势。在最新标准100mg/m3的排放限值下，目前乃至今后SCR技术仍是国内火电、化工等行业大机组脱硝项目的首选。
SCR脱硝技术的关键在于烟气能与还原剂充分地混合并以合适的速度和角度进入催化剂发生反应，这主要取决于脱硝装置内的流场分布，其中最关键的两个位置分别是喷氨格栅（AIG）上游截面和首层催化剂的上游截面，前者对氨浓度分布起到决定性作用，后者对脱硝性能有着最直接的影响。变异系数CV为标准差与平均数之比，是反应某数据的离散程度的绝对值，可作为评价SCR脱硝系统CFD流场优化的定量指标。
ＳＣＲ烟气脱硝装置主要分为ＳＣＲ反应器系统和液氨储存及供应系统,反应器一般位于锅炉省煤器后及空预器前。锅炉烟气进入一个垂直布置的ＳＣＲ反应器里,在反应器里烟气向下流过均流板、催化剂层,随后进入空气预热器、电除尘器、引风机和ＦＧＤ,最后通过烟囱排入大气。氨喷射格栅放置在ＳＣＲ反应器上游的位置,ＮＨ3是通过氨喷射格栅注入到烟道与烟气混合的,然后进入反应器,通过催化剂层,在催化剂的作用下与ＮＯＸ发生反应,以减少烟气中的ＮＯＸ的浓度。
液氨储存及供应系统包括液氨卸料压缩机、液氨储罐、液氨蒸发器、氨气缓冲罐及氨气稀释槽、废水泵、废水池等,此套系统提供氨气供脱硝反应使用。液氨的供应由液氨槽车运送,利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入液氨储罐内,储罐输出的液氨在液氨蒸发器内蒸发为氨气,经氨气缓冲罐送达脱硝反应器系统。
三、SCR脱硝烟道的设计
1、进出口烟道的设计
进出口烟道一般由壁厚为6ｍｍ的钢板制成,且有充分的加固和支撑,来防止过度的颤动和振动。在进、出烟道的转弯处一般设置导流叶片,导流叶片和转弯处应考虑适当的防磨措施。为了避免连接的设备承受其他作用,要特别注意烟道和钢支架的热膨胀,热膨胀将通过带有内部导向板的膨胀节进行调节。在该段烟道设计中,可根据ＣＦＤ分析结果确定导流叶片的位置、形状和数量,根据流速和飞灰分布情况确定防磨板设置的位置。
2、旁路设置
由于不同类型的催化剂有不同的最佳工作温度。通常,典型的氧化钛和氧化钒基催化剂的工作温度范围为340～400℃ ,最佳反应温度约为370℃ ,最低工作温度约为320℃。ＳＣＲ最低运行温度取决于烟气中ＳＯ3、ＮＨ3的含量及水分等。ＳＣＲ反应器入口烟气温度较低时易发生硫酸铵盐的沉积,烟气温度较高时会增大ＳＯ2与ＳＯ3的转化率,而且长时间处在450℃以上时会烧结催化剂的活性表面,降低其反应活性。因此,ＳＣＲ运行期间需严格控制反应器入口的烟气温度,使其维持在最低运行温度以上,并应尽量维持在最佳工作温度范围内,以避免硫酸铵盐的沉积,提高脱硝效率。
四、催化剂和反应器的设计选型
1、催化剂选型
目前SCR催化剂有3种类型,分别为蜂窝式,板式及波纹板式,无论哪种形式其含有的活性物质比例大致如表。
由于催化剂的活性配方和加工工艺、烧制工艺等技术只有少数国外公司掌握,虽然国内也引进技术生产,但绝大部分催化剂还是需要进口,脱硝系统的投资中购买催化剂的成本占很大比例。
2、反应器选型
（一）确定反应器尺寸及体积需要考虑的因素
（1)确定催化剂的层数。一般设计是按三层催化剂设计,预留安装一层催化剂的位置,可预留最上层或最下层,现在预留最上层的较多,是考虑烟气进入反应器的催化剂层时气流分布更均匀。
(2)确定反应器截面积尺寸。催化剂组装为模块型,反应器截面能将模块装下并且确保反应器的烟气流速在4～7m /s范围,流速的选取主要取决于催化剂类型、催化剂活性、粉尘浓度、催化剂耐磨性及防堵塞沉积等因素。
（二）反应器气流分布及喷氨装置(格栅或涡流混合器)的设计
这是反应器设计比较主要的环节。一般要求在反应器第一层催化剂上部截面的平均速度最大标准偏差±15%;氨/氮摩尔比的最大标准偏差±10%;温度的最大偏差±10℃ 。一般通过导流板、整流格栅等调整手段来实现。
五、SCR 催化剂的更换方案
SCR 反应塔中的催化剂在运行一段时间后其反应活性会降低, 导致氨逃逸量增大。SCR 催化剂活性降低主要是由于重金属元素如氧化砷引起的催化剂中毒、飞灰与硫酸铵盐在催化剂表面的沉积引起的催化剂堵塞、飞灰冲刷引起的催化剂磨蚀等 3 方面的原因。
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。
SCR 反应塔一般初次安装 2～3 层催化剂, 当催化剂运行 2～3 a 后, 其反应活性将降低到新催化剂的 80%左右, 氨逃逸也相应增大, 这时需要在备用层空间添加一层新的催化剂; 在运行 6～7 a 后开始更换初次安装的第 1 层; 运行约 10 a 后才开始更换初次安装的第 2 层催化剂。
更换下来废弃催化剂一般可进行再生处理、回收再利用或作为垃圾堆存填埋。一般对催化剂进行再生处理后得到的催化剂的脱硝效果和使用寿命接近于新催化剂, 再生处理费用约为新催化剂的40%～50%。
六、结束语
综上所述，在整个电厂锅炉SCR烟气脱硝工艺的编制过程中，要重视SCR脱硝工艺中的每一个环节，预防脱硝不彻底，保证烟气排放质量达到国家规范，使整个SCR烟气脱硝的质量得到保证。
参考文献：
[1]赵宗让. 电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化[J]. 中国电力,2005,11:69-74.
[2]冯立波,罗钟高,葛春亮. 火电厂SCR烟气脱硝工艺系统设计[J]. 能源工程,2009,01:48-52.
[3]郭聪明,李庆. 燃煤电厂SCR烟气脱硝系统调试探索[J]. 华北电力技术,2010,10:9-12+16.
[4]沈雷,韩娟娟. 煤粉锅炉SCR脱硝系统的设计与优化[J]. 中国环保产业,2014,02:50-53.
[5]李恩家,顾杨杨,衣贺昌,钟祚群,于德亭. 燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统调试技术研究[J]. 电站系统工程,2014,01:65-66.
【关键词】脱硝；SCR；烟气排放
一、前言
SCR烟气脱硝系统是电厂锅炉烟气排放的常用脱硝办法，SCR主要是利用还原与催化剂对烟道内的NOX分解的过程。目的是保证烟气的排放质量达到正常标准，是整个电厂锅炉排烟的重要环节。
二、质量通病的控制
ＳＣＲ烟气脱硝技术是一种以ＮＨ3为还原剂在催化剂的作用下将烟气中的ＮＯＸ分解成无害的Ｎ2和Ｈ2Ｏ的干法脱硝方法。
选择性催化还原法（SCR）脱硝技术是指在催化剂作用下，在280℃~420℃的温度范围内，还原剂（氨水、尿素等）有选择地将烟气中的NOX还原成为N2和H2O来减少NOX排放的技术，具有技术成熟、效率高、易控制等优势。在最新标准100mg/m3的排放限值下，目前乃至今后SCR技术仍是国内火电、化工等行业大机组脱硝项目的首选。
SCR脱硝技术的关键在于烟气能与还原剂充分地混合并以合适的速度和角度进入催化剂发生反应，这主要取决于脱硝装置内的流场分布，其中最关键的两个位置分别是喷氨格栅（AIG）上游截面和首层催化剂的上游截面，前者对氨浓度分布起到决定性作用，后者对脱硝性能有着最直接的影响。变异系数CV为标准差与平均数之比，是反应某数据的离散程度的绝对值，可作为评价SCR脱硝系统CFD流场优化的定量指标。
ＳＣＲ烟气脱硝装置主要分为ＳＣＲ反应器系统和液氨储存及供应系统,反应器一般位于锅炉省煤器后及空预器前。锅炉烟气进入一个垂直布置的ＳＣＲ反应器里,在反应器里烟气向下流过均流板、催化剂层,随后进入空气预热器、电除尘器、引风机和ＦＧＤ,最后通过烟囱排入大气。氨喷射格栅放置在ＳＣＲ反应器上游的位置,ＮＨ3是通过氨喷射格栅注入到烟道与烟气混合的,然后进入反应器,通过催化剂层,在催化剂的作用下与ＮＯＸ发生反应,以减少烟气中的ＮＯＸ的浓度。
液氨储存及供应系统包括液氨卸料压缩机、液氨储罐、液氨蒸发器、氨气缓冲罐及氨气稀释槽、废水泵、废水池等,此套系统提供氨气供脱硝反应使用。液氨的供应由液氨槽车运送,利用液氨卸料压缩机将液氨由槽车输入液氨储罐内,储罐输出的液氨在液氨蒸发器内蒸发为氨气,经氨气缓冲罐送达脱硝反应器系统。
三、SCR脱硝烟道的设计
1、进出口烟道的设计
进出口烟道一般由壁厚为6ｍｍ的钢板制成,且有充分的加固和支撑,来防止过度的颤动和振动。在进、出烟道的转弯处一般设置导流叶片,导流叶片和转弯处应考虑适当的防磨措施。为了避免连接的设备承受其他作用,要特别注意烟道和钢支架的热膨胀,热膨胀将通过带有内部导向板的膨胀节进行调节。在该段烟道设计中,可根据ＣＦＤ分析结果确定导流叶片的位置、形状和数量,根据流速和飞灰分布情况确定防磨板设置的位置。
2、旁路设置
由于不同类型的催化剂有不同的最佳工作温度。通常,典型的氧化钛和氧化钒基催化剂的工作温度范围为340～400℃ ,最佳反应温度约为370℃ ,最低工作温度约为320℃。ＳＣＲ最低运行温度取决于烟气中ＳＯ3、ＮＨ3的含量及水分等。ＳＣＲ反应器入口烟气温度较低时易发生硫酸铵盐的沉积,烟气温度较高时会增大ＳＯ2与ＳＯ3的转化率,而且长时间处在450℃以上时会烧结催化剂的活性表面,降低其反应活性。因此,ＳＣＲ运行期间需严格控制反应器入口的烟气温度,使其维持在最低运行温度以上,并应尽量维持在最佳工作温度范围内,以避免硫酸铵盐的沉积,提高脱硝效率。
四、催化剂和反应器的设计选型
1、催化剂选型
目前SCR催化剂有3种类型,分别为蜂窝式,板式及波纹板式,无论哪种形式其含有的活性物质比例大致如表。
由于催化剂的活性配方和加工工艺、烧制工艺等技术只有少数国外公司掌握,虽然国内也引进技术生产,但绝大部分催化剂还是需要进口,脱硝系统的投资中购买催化剂的成本占很大比例。
2、反应器选型
（一）确定反应器尺寸及体积需要考虑的因素
（1)确定催化剂的层数。一般设计是按三层催化剂设计,预留安装一层催化剂的位置,可预留最上层或最下层,现在预留最上层的较多,是考虑烟气进入反应器的催化剂层时气流分布更均匀。
(2)确定反应器截面积尺寸。催化剂组装为模块型,反应器截面能将模块装下并且确保反应器的烟气流速在4～7m /s范围,流速的选取主要取决于催化剂类型、催化剂活性、粉尘浓度、催化剂耐磨性及防堵塞沉积等因素。
（二）反应器气流分布及喷氨装置(格栅或涡流混合器)的设计
这是反应器设计比较主要的环节。一般要求在反应器第一层催化剂上部截面的平均速度最大标准偏差±15%;氨/氮摩尔比的最大标准偏差±10%;温度的最大偏差±10℃ 。一般通过导流板、整流格栅等调整手段来实现。
五、SCR 催化剂的更换方案
SCR 反应塔中的催化剂在运行一段时间后其反应活性会降低, 导致氨逃逸量增大。SCR 催化剂活性降低主要是由于重金属元素如氧化砷引起的催化剂中毒、飞灰与硫酸铵盐在催化剂表面的沉积引起的催化剂堵塞、飞灰冲刷引起的催化剂磨蚀等 3 方面的原因。
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。
SCR 反应塔一般初次安装 2～3 层催化剂, 当催化剂运行 2～3 a 后, 其反应活性将降低到新催化剂的 80%左右, 氨逃逸也相应增大, 这时需要在备用层空间添加一层新的催化剂; 在运行 6～7 a 后开始更换初次安装的第 1 层; 运行约 10 a 后才开始更换初次安装的第 2 层催化剂。
更换下来废弃催化剂一般可进行再生处理、回收再利用或作为垃圾堆存填埋。一般对催化剂进行再生处理后得到的催化剂的脱硝效果和使用寿命接近于新催化剂, 再生处理费用约为新催化剂的40%～50%。
六、结束语
综上所述，在整个电厂锅炉SCR烟气脱硝工艺的编制过程中，要重视SCR脱硝工艺中的每一个环节，预防脱硝不彻底，保证烟气排放质量达到国家规范，使整个SCR烟气脱硝的质量得到保证。
参考文献：
[1]赵宗让. 电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化[J]. 中国电力,2005,11:69-74.
[2]冯立波,罗钟高,葛春亮. 火电厂SCR烟气脱硝工艺系统设计[J]. 能源工程,2009,01:48-52.
[3]郭聪明,李庆. 燃煤电厂SCR烟气脱硝系统调试探索[J]. 华北电力技术,2010,10:9-12+16.
[4]沈雷,韩娟娟. 煤粉锅炉SCR脱硝系统的设计与优化[J]. 中国环保产业,2014,02:50-53.
[5]李恩家,顾杨杨,衣贺昌,钟祚群,于德亭. 燃煤电厂锅炉SCR脱硝系统调试技术研究[J]. 电站系统工程,2014,01:65-66.