超低排放形势下 SCR脱硝系统运行存在哪些问题及应对方案

“十二五”期间，选择性脱硝作为电厂脱硝的主要技术得到了快速发展。在“十三五”期，燃煤电厂脱硝系统将进一步完善，NO2质量浓度将低于50mg/m3(“标准状态”)。为满足超低排放要求，保证机组稳定运行，急需解决SCR脱硝系统存在问题。

1、NOx超低排放存在新问题

在现有的SCR脱硝系统中，燃煤电厂通过提高脱硝效率(通常为60-80%提高到85-95%)可以产生超低的NOx排放。新出现的问题包括：

(1)SCR反应器的有效运行不仅需要增加催化剂的用量，还需要大大提高脱硝系统入口NH3/NOx混合物的均匀性。

(2)催化剂用量的增加提高了SO2催化剂的总氧化速率，提高了脱硝系统输出SO3的质量浓度，增加了空气预热器内硫酸铵堵塞的风险;

(3)当NOx排放的质量限值为50 mg/m3时。脱硝系统出口的NOx浓度每天的波动范围为20mg/m3~50mg/m3。应避免过量排放NOx和过量喷氨。

(4)提高SCR脱硝效率通常伴随着喷氨量的增加，从而进一步提高脱硝系统中最低喷氨温度。

(5)为了提高脱硝效率，对现有催化剂寿命管理方案进行了修改，主要是通过设计催化剂的方案，对催化剂寿命管理策略进行了调整。

2、问题分析及对策

(1)NH3/NOx混合均匀性。图1显示了氨氮摩尔比变化对脱硝效率和氨排放的影响。如图1所示，随着氨氮摩尔比和效率的增加，氨排放量逐渐增加，SCR脱硝反应氨逃逸量的增加趋势大大加快，特别是当脱硝效率超过90%时，也增加了硫酸氢铵堵塞的风险。

反应效果还取决于反应器内燃烧气体的流量。表2显示了氨摩尔比偏差对脱硝性能的影响。

由图2可知，在催化体积一定时，当脱硝系统进口氨氮摩尔比分布偏差为5%时，氨逸出量在1μL/L范围内。当氨氮摩尔比分布偏差增大到12%时，氨逸出量迅速增加，超过5μL/L。

以上分析表明，去除效率越高，燃烧气体中NH3和NOx混合物的均匀性越高。氨排放量控制越困难，空气预热器内硫酸氢铵堵塞的可能性越大。建议定期进行喷氨优化试验，将喷氨量调整到最佳值。避免SCR反应器出口截面氨逃逸量过多，提高输出系统脱硝的运行节余。由于脱硝系统不具备双向注氨控制功能，应优化喷氨量。

(2)为了获得很低的NOx排放量，通常需要增加脱硝系统的喷氨量。脱硝催化剂大多采用“两用一备”或“三用一备”的模式。我发电厂的脱硝系统入口NOx浓度为400 mg/m3，脱硝效率为80%。为了实现超低的NOx排放，添加了第三层备用催化剂。试验结果表明，当脱硝率提高到90%以上时，SNR出口NOx浓度由44.6 mg/m3降至34.2 mg/m3，排放氨气由4.4μL/L降至0.9μL/L。第一层催化剂有助于NOx的去除，而第三层催化剂主要用于去除NH3，NH3不参与NOx的去除。上游脱硝系统催化剂体积增大的同时，脱硝反应器输出SO3的质量浓度增加。因此，随着催化剂用量的增加，NOx排放量很小，而脱除系统中SO3的质量浓度迅速增加。这增加了预热器中硫酸氢铵堵塞的风险。空气预热器中硫酸氢铵的生产控制为了降低脱硝反应器出口烟气中SO3的质量浓度，保证排放质量。降低SO2氧化速率可以包括：(a)减少催化剂的使用;(b)控制催化剂中钒的含量;(c)通过改变燃烧和掺杂来降低煤中的硫含量。

(3)喷氨控制。脱硝系统具有较高的脱硝效率。当锅炉运行工况发生较大变化时，SCR脱硝系统输入的NOx浓度变化不大。当NOx质量浓度为50mg/m3时。NOx排放的质量浓度通常固定在较低值。在电厂运行中，SCR脱硝系统的NOx浓度设定为35mg/m3，脱硝效率为92%。当入口NOx质量浓度计算500mg/m3时，当出口NOx质量浓度为50mg/m3时，相应的脱硝效率为90%;因此，电厂实际运行中的脱硝效率在90%-96%之间。脱硝系统的运行效率接近SCR技术的临界值，在NOx排放达标的情况下，过量喷氨的风险较大。

(4)最低喷氨温度。当催化剂在低温下运行时，催化剂孔内会产生硫酸铵，导致催化剂微孔堵塞。气体中的NH3和NOx还原剂很难达到催化剂的活性位置，催化活性降低了催化微孔中形成硫酸铵的有害现象，SO3、NH3和H2O是低温燃烧气体，它的形成过程是：

SO3+NH3+H2O→NH4HSO4(1)

硫酸氢铵的产量与烟气中SO3、NH3和H2O的含量成正比。SO3含量对最低氨温的影响最大，其次是NH3和H2O。由于脱硝系统的NOx出口浓度由100mg/m3降低到50mg/m3，因此脱硝系统运行,要避免机组长时间在低负荷运行。

随着脱硝超低排放改造后，我公司最突出的问题就是空预器堵塞，严重时会导致机组限负荷，无法保障机组长周期安全运行，针对这些问题，公司从管理措施、设备优化调整上下功夫，有效解决里氨逃逸超标、空预器堵塞的问题，主要如下：

(1)合理调整锅炉配风，达到锅炉效率与控制脱硝反应器入口NOx浓度最优化，控制入口NOx浓度在设计范围内。

(2)严格控制脱硝反应器出口氨逃逸在规定范围。

(3)为减少喷氨量，在保证出口NOx达标排放的前提下，尽量控制NOx浓度在30-45 mg/m3之间。

(4)严格控制入炉煤硫分，减少空预器硫酸氢氨的生成。

(5)在不同条件下，为缓解空预器蓄热元件堵灰，优先采用提高排烟温度方法，其次选用离线高压水冲洗方法，降低空预器差压， 确保空预器长周期运行。

(6)冬季，尽量避免机组长时间低负荷运行，保证脱硝反应区入口烟温满足最低喷氨温度的要求。

(7)对喷氨“自动”逻辑进行优化，自动跟踪及时，既满足环保要求，又不过量喷氨。