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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 616 SCR 脱销技术在 410t/h 锅炉的应用 金宗勇 （神华国华北京热电分公司） 【摘 要】本文主要讲述了 SCR 脱销技术，并对国华北京热电分公司#2 炉进行 SCR 改造后的运行进行了细致 的分析，对锅炉 SCR 改造后如何运行进行了总结，为运行中如何控制 NOx 的排放提出了可操作的指导建议。 【关键词】SCR Nox 脱销 1 主要设备简介及主要技术参数 北京热电分公司锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的 HG-410/9.8-YM15 型单汽包、自然循环、固态排渣 煤粉炉，呈型布置，平衡通风、四角切圆燃烧方式，配有两
2、台钢球磨煤机，中间仓储式热风送粉 系统。07 年由浙江大学完成低 NOx 燃烧器改造和 SNCR 脱硝改造。2009 年 6 月完成了2、3 炉尾部 受热面加装 SCR 脱硝装置（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法） ，形成了 SNCR/SCR 混合型烟气脱硝技术，即利用原有炉内 SNCR 系统的还原剂制备、稀释、喷射、控制系统的基础上， 加装烟气尾部脱硝装置（SCR） ，组成 SNCR/SCR 联合脱硝工艺。利用尿素热解生成的氨作还原剂，与 烟气中的 NOx 进行反应生成氮气和水，从而进一步降低烟气中的 NOx 排放。 表 1 锅炉主要设计、运行参数
3、 锅炉型号 HG-410/9.8-YM15 额定蒸发量 410t/h 额定蒸汽温度 540 额定蒸汽压力 9.81Mpa 汽包工作压力 11.28Mpa 给水温度 220 冷风温度 20 热风温度 330 空预器进风温度 30 排烟温度 134 空气过剩系数（炉膛出口） 1.3 2 SCR 脱硝技术概述 SCR 是目前国际上技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术，具有脱除效率高、无副产物、不 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 617 形成二次污染，装置结构简单，运行可靠，便于维护等优点。反应原理为：在催化剂作用下，向烟 气中喷入氨，将 NOX 还原成 N2和
4、 H2O。 2.1 SCR 化学反应机理 SCR 的化学反应机理比较复杂，但主要的反应是 NH3在一定的温度和催化剂作用下，有选择地把 烟气中的 NOx 还原为 N2，其过程涉及到数十个反应方程，但主要的反应过程可用以下方程来表示： 4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O 在没有催化剂的情况下， 这个反应的理想温度是8501050， 即选择性非催化还原技术 （SNCR） 。 这一温度窗口很狭窄，当温度高于 1100时，氨气会氧化成 NO，而且 NOx 的还原速度也会很快降下 来；当温度低于 800时，反应速度会很慢，NOx 被还原的量很少，此时就需要添加催化剂，这就是 选择性催化还原技术。根
5、据所用催化剂的种类，反应温度可以选择在 250420之间，甚至可以 低到 80150。 2.2 SCR 脱硝技术分类 SCR 脱硝技术按反应器布置方式不同，分为高含尘和低含尘工艺。高含尘 SCR 工艺中脱硝反应 器布置在锅炉省煤器后，空气预热器之前。此工艺投资较低，但在旧厂改造中，有时由于场地限制 不能使用。其不足是催化剂容易堵塞，同时由于副反应的发生会加剧空气预热器的堵塞和腐蚀。 低含尘 SCR 工艺的脱硝反应塔布置在静电除尘器和脱硫装置之后。由于催化剂在低粉尘及低酸 的环境中运行，其使用寿命较长，但为满足催化剂运行温度，需要加装燃烧器或者蒸汽加热器。此 工艺投资和运行费用较高，适合旧厂改造
6、和燃用含有使催化剂中毒的有害物质煤种时应用。 2.3 影响 SCR 脱硝效率的主要因素 1）催化剂 催化剂活性越高，氨气与烟气中的 NOx 反应越剧烈，在一定结构反应器中采用的还原剂氨 的剂量越少，即 NH3/NOx 小；同样，在相同的 NH3/NOx 下，采用活化性高的催化剂有利于小尺寸反应 器的运行。总的来说，一定 NH3/NOx、反应器尺寸条件下，催化剂活性越大，降低 NOx 生成量的可能 性就越大。常用的催化剂是氧化钛、氧化铁和活性炭等，最常用的催化剂是 TiO2加活性元素（钒的 氧化物 V2O5、钨 WO3、钼等） 。 2）体积速度（SV 值） SV 值表示烟气体积流速与催化剂体积之
7、比。用它来衡量烟气（在标准温度和压力下）在催化剂 体积内的滞留时间。NOx 的脱除效率随 SV 值的增大而降低。其关系曲线如图 1 所示。 3）反应温度 反应温度在一定程度上决定着还原剂氨与烟气中 NOx 的反应速率，同时也影响催化剂的活 性。一方面，当烟气温度低时，不仅会因催化剂的活性降低而使 NOx 的脱除效率降低，而且喷人的 NH3还会与烟气中的 SOx 反应生成硫酸氨附着在催化剂的表面；另一方面，当烟气温度高时，NH3 会 与 02发生反应，导致烟气中的 NOx 增加。因此，在锅炉设计和运行时，选择和控制好烟温尤为重要。 烟气温度与 NOx 脱除效率的关系曲线如图 2 所示。但是，考虑
8、综合效率问题（主要是烟气加热） ，并 不是采用设备的极限温度，而是在一定工况下采用一最佳的反应温度，温度范围视 SCR 反应器在锅 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 618 炉尾部的布置位置而定。 图 1 SV 值与 NOx 脱除效率关系曲线 图 2 烟气温度与 NOx 脱除效率关系曲线 4）NH3/NOx 的摩尔比 理论上，1mol 的 NOx 需要 1mol 的 NH3脱除，NH3量不足会导致 NOx 的脱除效率降低，但 NH3过量 又会带来 NH3对环境的二次污染， 通常喷入的 NH3量随着机组负荷的变化而变化。 NH3量与 NOx 脱除效 率的关系
9、曲线如图 3 所示。 图 3 NH3NOx 摩尔比和 NOx 脱除效率关系曲线 3 SCR 系统设备简介 我公司#2 炉和#3 炉在 09 年机组检修期间进行了 SCR 改造，在锅炉高温段省煤器与高温段空预 器之间装设 SCR 催化剂，SCR 系统装置由 SCR 催化剂、声波吹灰系统、蒸汽扰动系统组成。 SCR 催化剂：催化剂采用板式形式，催化剂尺寸 79.982.7 mm。 声波吹灰系统：声波吹灰器的工作原理为压缩空气冲击发声膜片，膜片发出高达 120MHz 的高频 声波，利用声波在反应器反射和折射，达到清灰的目的。压缩空气取自锅炉原有的杂用空气系统， 在锅炉 27 米新铺平台处装设一储气罐
10、，以维持系统的空气压力。 蒸汽扰动系统：汽源取自原锅炉水冷壁蒸汽吹灰系统，通过管路将蒸汽引到 SCR 催化剂前，均 衡进入个催化剂的氨量，提高 SCR 系统运行效率。 设备规范如下： 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 619 表 2 SCR 设备规范 项目名称 单位 数据 催化剂数量 套 / 1 催化剂尺寸 mm 79.982.7 催化剂重量 吨 50 催化剂形式 板式 催化剂层数 层 1 催化剂体积 m 3 89 催化剂压力降 Pa 310 吹灰器数量和形式 台 声波 3 催化剂反应温度 302410 4 SCR 系统投入运行后的效果试验 在#1 机组检
11、修后，与 09 年 5 月 9 日至 5 月 20 日，对#2 炉 SCR 脱硝装置进行了摸底调试试验。 此次试验分为三个阶段进行。第一阶段：在锅炉负荷 230、300、330、360、410、450t/h 的工况下 进行 SNCR 系统喷氨量的调整试验。第二阶段：在锅炉 350t/h 的工况下的 SCR 的蒸汽扰动试验，以 及 SNCR 喷枪合理匹配试验。第三阶段：对锅炉 450t/h 的运行工况进行摸底试验。表 3 例出了锅炉 负荷在 230t/h 的工况下试验数据， 通过表 3 可以看出 SCR 系统的投运有效的降低了锅炉的 NOx 排放， 达到了北京市的排放标准。 表 3 #2 炉 2
12、30t/h 工况脱销调试试验数据 序 号 时间 锅炉蒸发量 t/h 上级省煤器进口 烟温 上级省煤器出 口烟温 烟囱 Nox （mg/Nm 3） SNCR 投入 层 氨水原液流 量 1 10:06 227 388.2/415 270.9 458.1 无 0 2 10:30 227 388.2/416 274 250-220 L3/L4 0.09/13% 3 11:20 230 388.2/416 274 140-150 L3/L4 0.13/13% 4 11:32 230 390/417 275 85-95 L3/L4 0.18/14% 5 11:45 230 388.2/416 277 55
13、-60 L3/L4 0.23/17% 6 11.57 220 389/418 276 37-41 L3/L4 0.27/26% 7 12:15 226 389/418 276 23.9-27.8 L3/L4 0.35/29% 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 620 5 SCR 系统投入后运行中的控制 5.1 运行中应注意的关键点 1）使用油点火的锅炉启动时，未燃尽的油污会粘附在催化剂表面，可能会引起催化剂的燃烧， 损坏催化剂。所以在启动中要保证油枪雾化良好，防止未燃尽的油污进入尾部烟道。 2）锅炉风机启动前，必须投入 SCR 装置的声波吹灰装置，检查吹灰
14、系统投运正常后，方可启动 锅炉吸、送风机，以防止 SCR 催化剂表面积灰， ；正常运行中，保持 SCR 声波吹灰长期投入，锅炉停 运后，待风机全部停止方可停止声波吹灰系统。 3）为了保证催化的寿命，催化剂对 SNCR 系统的投入温度有一定的要求，所以规定锅炉启动后， 负荷达到 250t/h 以上并且 SCR 催化剂前烟气温度 300以上，方可投入 SNCR 系统运行。 4）运行中，控制锅炉 SCR 催化剂前后压差不超过 200Pa。 5）蒸汽扰动系统投入时应注意充分暖管，逐渐开启扰动蒸汽调整门，开度不大于 20%，进行暖 管，控制温升 3/min 范围内。 6）高频声波对人体有害，声波吹灰器运
15、行时，进入反应器内，可能会导致人的死亡。进入反应 器内以下事项必须注意：确认吹灰系统已停运；确认声波吹灰控制箱控制电源已断电；确认吹灰系 统压缩空气管路阀门已关闭。 5.2 运行中的调整 1）锅炉启动后，在 SNCR 和 SCR 未投入之前应对锅炉的各个系统进行合理的调整，控制 NOX 的 原始值达到最低，以减少喷氨量。各系统调整建议如下： a、制粉系统的运行调节 单独 SNCR 运行我们可以看出， 无磨、单磨、双磨运行中，无磨和单磨运行 NOx 的排放是较低的， 因此在实际的运行中，运行人员应该合理的配置制粉系统的运行方式，尽可能的创造无磨和单磨运 行方式，尽量减少三次风带粉，比如在锅炉负荷
16、比较低的时候（310t/h） ，应该使制粉系统保持最 大出力，提高粉仓粉位，创造停磨时间。在高负荷时，应该尽量减少三次风带粉量。 b、给粉机的调节 对于给粉的调整方面，应该尽量考虑提高下两层给粉机转速，让下两层给粉机多带粉运行，尽 量减小上层给粉机转速，在负荷较低时，可以停止一个或两个上层给粉机的运行。增加下两层给粉 转速，配合二次风的调节，刻意的创造出下面两层给粉缺氧燃烧的氛围，使下两层给粉的燃烧滞后， 从而降低该区域的热负荷，抑止 NOx 的大量生成。 c、二次风的调节 二次风的调节是降低 NOx 运行调节的关键，一般认为，创造还原性燃烧气氛可以有效的减少燃 烧过程中燃料型 NOx 的生成
17、，在实际运行中，由于下二次风要起托火的作用，不能关得太小，在此 条件下，可以通过减少中二次风和上二次风的风量，配合于下两层给粉的增加，使下两层燃烧器所 处燃烧区煤粉的燃烧处于相对缺氧的还原性气氛，从而达到降低燃料型 NOx 生成的目的。 d、锅炉出口氧量的控制 出口氧量过高将导致排烟损失增大， 而且燃料在高氧量下燃烧将对 NOx 的生成产生负面的影响， 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 621 但是控制过低的出口氧量运行则会使飞灰可燃物含量增大，降低锅炉效率，所以在运行中，应该二 者兼顾。从以前进行的低氧燃烧试验和上面的试验结果来看，炉膛出口氧量控制在 2
18、.73.3之间 为宜。 2）在 SNCR 和 SCR 投入后为保证 SNCR 与 SCR 联合运行效率和经济性，正常运行时应合理分配 SNCR 系统各层喷氨量比例。在低负荷时，控制 SNCR 的 4 层调整门开度为 100%，3 层调整门开度控 制在 10%左右。随着锅炉负荷的提高，逐渐将 SNCR 系统的 3 层调整门开大。 3）蒸汽扰动系统的投入要消耗一部分高温高压蒸汽，投入后锅炉效率有所降低，因此应考虑整 体经济性。根据成本核算 1 吨高温蒸汽相当于尿素溶液 0.1m 3/h。所以规定锅炉负荷达到 380t/h， 喷氨量达到 0.35 m 3/h，仍无法有效控制锅炉 NOx 排放值时，可
19、投入扰动蒸汽系统，提高 SCR 运行效 率。 4）运行中注意声波吹灰系统的压缩空气压力应维持在 0.6MPa 以上。声波吹灰器自动功能组投 入，查声波吹灰器自动投入运行。第一个吹灰器运行 10 秒停止，间隔 190 秒后，第二个运行 10 秒 停止，间隔 190 秒后，第三个运行 10 秒停止，间隔 190 秒后，第一个吹灰器运行，如此自动循环。 5）蒸汽扰动系统投入后，应维持母管压力在 1.5MPa 以下。 6 结束语 如何来调整控制 NOx 的排放，要根据各个锅炉的特点，可以选择 SNCR、SCR、以及 SNCR/SCR 混 合型烟气脱硝技术，并综合的考虑各层风、粉的配置，同时兼顾锅炉运行的经济性，通过合理的调 节，可以达到一个比较满意的效果。 参考文献： 1集控运行规程.国华北京热电分公司 2燃煤烟气脱硝技术 钟秦 作者简介： 金宗勇，男（1978） ，助理工程师，现从事电厂运行工作。 联系方式： Email： 通信地址：北京市朝阳区建国路 75 号神华国华北京热电分公司发电部（100025） 电话：(010)85956100 13522598589