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摘 要：在1000MW超超临界机组的实际运行过程中，虽然采用了低氮燃烧技术，但仍会排放出大量的氮氧化物，对此，应该选用有效的脱硝技术，解决污染排放问题。烟气脱硝技术的种类有很多种，其中，SCR技在运行成本、污染排放浓度以及技术成熟度等方面均存在很大优势，是目前世界上应用最为广泛的烟气脱硝技术之一。对此，本文首先对烟气脱硝SCR技术进行介绍，然后对SCR技术的控制流程进行分析，并以某1000MW超临界机组为研究对象，对烟气脱硝SCR技术的应用要点以及应用效果进行详细探究。
关键词：SCR技术；脱硝工艺系统；控制
中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）14-0214-02
1 引 言
燃煤发电厂在生产运行中排放出含有大量烟尘、SO2、NOx等污染物的烟气，对大气环境的污染日益严重，据统计，我国大气环境的煤烟型污染含物烟尘、SO2、NOx、Hg排放总量已居世界第一，SO2和NOx的排放量均超过环境自净能力，环境状况形势十分严峻。因此对大气污染的治理工作迫在眉睫，国家修订出台了史上最严的《火电厂大气污染物排放标准》，在控制燃煤电厂氮氧化物排放方面，主要采用低氮燃烧技术与烟气脱硝技术相结合的控制措施，以低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术，烟气脱硝技术作为末级控制措施。目前国内烟气脱硝技术常用的方法有：选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术（SNCR）、选择性非催化还原与选择性催化还原联合技术（SNCR-SCR）及其他烟气脱硝技术。在众多的脱硝技术中，选择性催化还原法（SCR）是脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术，在1000MW超超临界燃煤发电机组中成为脱硝技术的首选。表1是各种脱硫技术的性能对比分析表。
2 烟气脱硝SCR技术概述
SCR烟气脱硝工艺系统主要由供氨系统、脱硝反应系统和其他辅助设备组成。其中供氨系统由卸氨设施、液氨储罐、液氨蒸发器、氨气缓冲罐等组成；脱硝反应系统由SCR反应器、喷氨系统等组成；SCR其它辅助设备和设施主要包括SCR反应器的相关管路系统和吹灰装置及检测控制系统等。
氨和稀释空气混合，经过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中：充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中反应，生成N2和H2O，去除烟气中的NOx（反应式如下所示）。SCR主要工艺流程如图1所示。
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2→6N2+6H2O
3 SCR主要的控制流程
脫硝主要检测、控制的参数有：反应器入口温度、出入口氮氧化物浓度和入口烟气流量、稀释风量、喷氨流量、SCR反应器压差、氨逃逸指标等。
SCR反应器入口温度要求在320～400℃之间，在这个温度区间内，SCR反应可以进行。所以在SCR反应器入口设置温度远传，用于二取二联锁或三取二联锁。当联锁发生时，关闭氨气缓冲罐出口阀门，SCR反应终止。
为保证烟气与NH3的充分结合，首先需要将氨气浓度进行稀释，使氨气分布更加均匀，增加动能，提高氨气的扩散能力。然后用风机将空气注入，这个过程要严格控制进入空气量，如果低于设定值，需要关闭氨气缓冲罐的出口阀门，减少氨逃逸。最后设置喷射格栅，使得NH3沿烟道截面均匀的分布。
氨空混合气从喷氨格栅总管通过数条支路接入烟道，在烟道内设置喷射口。为使其每个支路相对均匀喷射，在每条支路上设置限流孔板，并通过检测孔板前后的压力差确定其喷射量，可手动调节其喷入量。喷氨隔栅流量分支较多，在用装置多以现场仪表作为控制手段，远传仪表可以使用，但投资较高。
氨的注入量是脱硝反应至关重要的环节，在高氨氮摩尔比下，可以达到很高的NOx去除效率，但同时会增加氨逃逸量，所以根据烟气中氮氧化物浓度尽量控制喷氨量。脱硫入口的NOx及引自锅炉的烟气流量信号通过计算可以得到其中NOx的量，NH3/NOx摩尔比作为给定值，通过DCS计算单元计算出需要的NH3流量，通过调节阀不断调节NH3的注入量，具体控制逻辑如图2所示。
SCR反应器压差的检测可以确定催化剂模块是否堵塞，在每一层催化剂的上下设置差压变送器，当压力高于某一设定值时，报警，此时需要开启吹灰器。声波吹灰器和蒸汽吹灰器是常用的两种吹灰形式。比较而言，蒸汽吹灰器以其性价比高、工作噪音小、运行成本低等优势被广泛采纳。蒸汽吹灰器设置在每层催化剂的上方，保证催化剂的清洁和反应活性。催化剂支撑结构在保证牢固的情况下，合理排列，避免产生烟气涡流和回流。
在脱硝反应出口设置氨逃逸在线分析仪，远传至DCS，当检测值高于设定值时报警。据调研了解到，氨逃逸一定要控制在小范围内，否则一星期之内锅炉压降增加1.0kPa。长此以往，锅炉内的压降会不断增大，最终导致停炉检修。
4 烟气脱硝SCR技术在1000MW超临界机组中的应用实例
4.1 工程概况
某发电厂规划应用装机容量为2台1000MW超超临界燃煤发电机组，其主体工程为超超临界参数直流炉，一次再热、平衡通风，露天布置锅炉，同步建设脱硝设备，综合考虑技术条件、项目建设成本等多个因素，在本工程建设中，采用低氮燃烧技术并配套建设选择性催化还原法SCR脱硝装置。要求在锅炉最大工况（BMCR）、处理100%烟气量条件下，能够将脱硝效率大于80%，同时，脱硝后NOx排放浓度低于80mg/m3。
4.2 工艺流程
本工程SCR脱硝装置布设在省煤器和空气预热器之间，一炉配置2台SCR反应器，分别为A侧和B侧。在锅炉省煤器位置，烟气被平均分为两路，然后进入SCR反应器中，SCR反应器采用垂直布设方式，与喷氨系统所喷出的氨气进行充分混合，并进入催化剂层中，在此过程中，NOx被还原成N2，再进入至空气预热器、电除尘器、引风机以及脱硫装置中，最后通过烟囱排放。 4.3 主要设备
4.3.1 反应器
本工程采用l台锅炉配2台反应器的方式，其中SCR反应器采用钢板制作形成，同时，在其中填充催化剂，截面成矩形，被固定在中心，向外膨胀，进而获得最小的水平位移。烟气采用水平进入的方式进入至反应器顶部，然后垂直通过反应器，在烟道上安装均流器，另外，对于催化剂层，采用板式结构的构架进行支撑。为了避免催化剂层积灰，在每一层催化剂上，还安装吹灰器。
4.3.2 催化剂
催化剂一般有平板式催化剂、蜂窝式催化剂、波纹状催化剂三类。其中平板式催化剂主要以不锈钢金属网格为基材负载上含有活性成份的载体压制而成；蜂窝式催化剂一般是把载体和活性成份混合物整体挤压成型；波纹状催化剂外形如起伏的波纹，从而形成小孔。加工工艺是先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到催化活性溶液中浸泡，以使活性成份能均匀吸附在基板上。这些催化剂的主要成分都是WO3和V2O5。其中，蜂窝式催化剂在耐久性、耐腐蝕性、可靠性和压降等方面均有很高的优势，所以蜂窝式催化剂在SCR烟气脱硝技术中的应用最为广泛，经综合比较，本工程采用了蜂窝式催化剂。表2是不同催化剂的性能比较。
4.3.3 还原剂的选择和应用
SCR技术的使用离不开还原剂的催化，目前该技术所使用的还原剂主要包括液氨、氨水和尿素三类。选择这三种物质作为还原剂主要是考虑到了这些物质在物理性质以及运输和存储环节的特殊性能的安全性。由表3可以详细的看出液氨、氨水和尿素作为还原剂时的综合比较，本工程选用液氨作为还原剂。
4.3.4 喷氨系统
在本工程施工中，采用纯氨法制氨方式，对于喷氨装置需要将其安装在脱硝反应器入口位置的竖直烟道中。采用槽车将液氨运输至贮槽中，对于液氨贮槽输出的液氨，在经过液氨蒸发槽蒸发为氨气经过调压阀的减压处理进入氨气缓冲罐，然后传送至各个机组的氨气/空气混合器中，与风机所输送的空气进行充分混合，并通过喷氨格栅（AIG）喷入烟气中，当其与烟气进行充分混合后，即可进入SCR反应器中。氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽中，经水吸收排人废水池，再经由废水泵送至厂区废水系统处理。
4.4 实际运行效果
在该1000MW超临界机组中应用烟气脱硝SCR技术，根据检测报告，SCR反应器A、B侧出口NOx排放浓度分别为48.9mg/m3，49.8mg/m3，脱硝效率大于80%，脱硝系统运行效果良好。
4.5 脱硝系统运行的主要危害因素
由于本工程SCR法脱硝系统以液氨作为吸收剂，因其所具有的腐蚀性、爆炸性等主要危害因素，因此，在运行中必须严格落实其安全管理规定及应急处置措施，消除其对人员及设备所带来的安全危险。
5 结 语
综上所述，本文主要结合实例，对烟气脱硝技术SCR在1000MW超临界机组中的应用方式进行了介绍，在SCR技术的实际应用中，应结合实际情况制定完善的工艺流程，合理选用反应器、催化剂、还原剂等等，充分发挥SCR脱硝系统的应用优势，进而为机组的安全环保运行提供保障。
参考文献
[1]杨建国，胡劲逸，赵 虹，等.660MW超超临界机组运行方式对SCR系统氨逃逸率的影响[J].动力工程学报，2015，35（6）：476～480.
[2]林海波，游春桃，周 波，等.超超临界2×1036MW机组SCR脱硝装置氨蒸发器的设计[J].热力发电，2011，40（3）：65～68.
[3]白文刚，于在松，张一帆，等.超超临界二次再热机组锅炉全负荷脱硝特性[J].热力发电，2017，46（8）：141～144.
收稿日期：2018-4-14
关键词：SCR技术；脱硝工艺系统；控制
中图分类号：X773 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）14-0214-02
1 引 言
燃煤发电厂在生产运行中排放出含有大量烟尘、SO2、NOx等污染物的烟气，对大气环境的污染日益严重，据统计，我国大气环境的煤烟型污染含物烟尘、SO2、NOx、Hg排放总量已居世界第一，SO2和NOx的排放量均超过环境自净能力，环境状况形势十分严峻。因此对大气污染的治理工作迫在眉睫，国家修订出台了史上最严的《火电厂大气污染物排放标准》，在控制燃煤电厂氮氧化物排放方面，主要采用低氮燃烧技术与烟气脱硝技术相结合的控制措施，以低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术，烟气脱硝技术作为末级控制措施。目前国内烟气脱硝技术常用的方法有：选择性催化还原技术（SCR）、选择性非催化还原技术（SNCR）、选择性非催化还原与选择性催化还原联合技术（SNCR-SCR）及其他烟气脱硝技术。在众多的脱硝技术中，选择性催化还原法（SCR）是脱硝效率最高，最为成熟的脱硝技术，在1000MW超超临界燃煤发电机组中成为脱硝技术的首选。表1是各种脱硫技术的性能对比分析表。
2 烟气脱硝SCR技术概述
SCR烟气脱硝工艺系统主要由供氨系统、脱硝反应系统和其他辅助设备组成。其中供氨系统由卸氨设施、液氨储罐、液氨蒸发器、氨气缓冲罐等组成；脱硝反应系统由SCR反应器、喷氨系统等组成；SCR其它辅助设备和设施主要包括SCR反应器的相关管路系统和吹灰装置及检测控制系统等。
氨和稀释空气混合，经过喷氨格栅喷入SCR反应器上游的烟气中：充分混合后的还原剂和烟气在SCR反应器中反应，生成N2和H2O，去除烟气中的NOx（反应式如下所示）。SCR主要工艺流程如图1所示。
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2→6N2+6H2O
3 SCR主要的控制流程
脫硝主要检测、控制的参数有：反应器入口温度、出入口氮氧化物浓度和入口烟气流量、稀释风量、喷氨流量、SCR反应器压差、氨逃逸指标等。
SCR反应器入口温度要求在320～400℃之间，在这个温度区间内，SCR反应可以进行。所以在SCR反应器入口设置温度远传，用于二取二联锁或三取二联锁。当联锁发生时，关闭氨气缓冲罐出口阀门，SCR反应终止。
为保证烟气与NH3的充分结合，首先需要将氨气浓度进行稀释，使氨气分布更加均匀，增加动能，提高氨气的扩散能力。然后用风机将空气注入，这个过程要严格控制进入空气量，如果低于设定值，需要关闭氨气缓冲罐的出口阀门，减少氨逃逸。最后设置喷射格栅，使得NH3沿烟道截面均匀的分布。
氨空混合气从喷氨格栅总管通过数条支路接入烟道，在烟道内设置喷射口。为使其每个支路相对均匀喷射，在每条支路上设置限流孔板，并通过检测孔板前后的压力差确定其喷射量，可手动调节其喷入量。喷氨隔栅流量分支较多，在用装置多以现场仪表作为控制手段，远传仪表可以使用，但投资较高。
氨的注入量是脱硝反应至关重要的环节，在高氨氮摩尔比下，可以达到很高的NOx去除效率，但同时会增加氨逃逸量，所以根据烟气中氮氧化物浓度尽量控制喷氨量。脱硫入口的NOx及引自锅炉的烟气流量信号通过计算可以得到其中NOx的量，NH3/NOx摩尔比作为给定值，通过DCS计算单元计算出需要的NH3流量，通过调节阀不断调节NH3的注入量，具体控制逻辑如图2所示。
SCR反应器压差的检测可以确定催化剂模块是否堵塞，在每一层催化剂的上下设置差压变送器，当压力高于某一设定值时，报警，此时需要开启吹灰器。声波吹灰器和蒸汽吹灰器是常用的两种吹灰形式。比较而言，蒸汽吹灰器以其性价比高、工作噪音小、运行成本低等优势被广泛采纳。蒸汽吹灰器设置在每层催化剂的上方，保证催化剂的清洁和反应活性。催化剂支撑结构在保证牢固的情况下，合理排列，避免产生烟气涡流和回流。
在脱硝反应出口设置氨逃逸在线分析仪，远传至DCS，当检测值高于设定值时报警。据调研了解到，氨逃逸一定要控制在小范围内，否则一星期之内锅炉压降增加1.0kPa。长此以往，锅炉内的压降会不断增大，最终导致停炉检修。
4 烟气脱硝SCR技术在1000MW超临界机组中的应用实例
4.1 工程概况
某发电厂规划应用装机容量为2台1000MW超超临界燃煤发电机组，其主体工程为超超临界参数直流炉，一次再热、平衡通风，露天布置锅炉，同步建设脱硝设备，综合考虑技术条件、项目建设成本等多个因素，在本工程建设中，采用低氮燃烧技术并配套建设选择性催化还原法SCR脱硝装置。要求在锅炉最大工况（BMCR）、处理100%烟气量条件下，能够将脱硝效率大于80%，同时，脱硝后NOx排放浓度低于80mg/m3。
4.2 工艺流程
本工程SCR脱硝装置布设在省煤器和空气预热器之间，一炉配置2台SCR反应器，分别为A侧和B侧。在锅炉省煤器位置，烟气被平均分为两路，然后进入SCR反应器中，SCR反应器采用垂直布设方式，与喷氨系统所喷出的氨气进行充分混合，并进入催化剂层中，在此过程中，NOx被还原成N2，再进入至空气预热器、电除尘器、引风机以及脱硫装置中，最后通过烟囱排放。 4.3 主要设备
4.3.1 反应器
本工程采用l台锅炉配2台反应器的方式，其中SCR反应器采用钢板制作形成，同时，在其中填充催化剂，截面成矩形，被固定在中心，向外膨胀，进而获得最小的水平位移。烟气采用水平进入的方式进入至反应器顶部，然后垂直通过反应器，在烟道上安装均流器，另外，对于催化剂层，采用板式结构的构架进行支撑。为了避免催化剂层积灰，在每一层催化剂上，还安装吹灰器。
4.3.2 催化剂
催化剂一般有平板式催化剂、蜂窝式催化剂、波纹状催化剂三类。其中平板式催化剂主要以不锈钢金属网格为基材负载上含有活性成份的载体压制而成；蜂窝式催化剂一般是把载体和活性成份混合物整体挤压成型；波纹状催化剂外形如起伏的波纹，从而形成小孔。加工工艺是先制作玻璃纤维加固的TiO2基板，再把基板放到催化活性溶液中浸泡，以使活性成份能均匀吸附在基板上。这些催化剂的主要成分都是WO3和V2O5。其中，蜂窝式催化剂在耐久性、耐腐蝕性、可靠性和压降等方面均有很高的优势，所以蜂窝式催化剂在SCR烟气脱硝技术中的应用最为广泛，经综合比较，本工程采用了蜂窝式催化剂。表2是不同催化剂的性能比较。
4.3.3 还原剂的选择和应用
SCR技术的使用离不开还原剂的催化，目前该技术所使用的还原剂主要包括液氨、氨水和尿素三类。选择这三种物质作为还原剂主要是考虑到了这些物质在物理性质以及运输和存储环节的特殊性能的安全性。由表3可以详细的看出液氨、氨水和尿素作为还原剂时的综合比较，本工程选用液氨作为还原剂。
4.3.4 喷氨系统
在本工程施工中，采用纯氨法制氨方式，对于喷氨装置需要将其安装在脱硝反应器入口位置的竖直烟道中。采用槽车将液氨运输至贮槽中，对于液氨贮槽输出的液氨，在经过液氨蒸发槽蒸发为氨气经过调压阀的减压处理进入氨气缓冲罐，然后传送至各个机组的氨气/空气混合器中，与风机所输送的空气进行充分混合，并通过喷氨格栅（AIG）喷入烟气中，当其与烟气进行充分混合后，即可进入SCR反应器中。氨气系统紧急排放的氨气则排入氨气稀释槽中，经水吸收排人废水池，再经由废水泵送至厂区废水系统处理。
4.4 实际运行效果
在该1000MW超临界机组中应用烟气脱硝SCR技术，根据检测报告，SCR反应器A、B侧出口NOx排放浓度分别为48.9mg/m3，49.8mg/m3，脱硝效率大于80%，脱硝系统运行效果良好。
4.5 脱硝系统运行的主要危害因素
由于本工程SCR法脱硝系统以液氨作为吸收剂，因其所具有的腐蚀性、爆炸性等主要危害因素，因此，在运行中必须严格落实其安全管理规定及应急处置措施，消除其对人员及设备所带来的安全危险。
5 结 语
综上所述，本文主要结合实例，对烟气脱硝技术SCR在1000MW超临界机组中的应用方式进行了介绍，在SCR技术的实际应用中，应结合实际情况制定完善的工艺流程，合理选用反应器、催化剂、还原剂等等，充分发挥SCR脱硝系统的应用优势，进而为机组的安全环保运行提供保障。
参考文献
[1]杨建国，胡劲逸，赵 虹，等.660MW超超临界机组运行方式对SCR系统氨逃逸率的影响[J].动力工程学报，2015，35（6）：476～480.
[2]林海波，游春桃，周 波，等.超超临界2×1036MW机组SCR脱硝装置氨蒸发器的设计[J].热力发电，2011，40（3）：65～68.
[3]白文刚，于在松，张一帆，等.超超临界二次再热机组锅炉全负荷脱硝特性[J].热力发电，2017，46（8）：141～144.
收稿日期：2018-4-14