电厂600MW机组烟气脱硝系统改造性能评价

张维维

摘要：燃煤电厂是我国电力资源的主要来源，对于我国经济发展具有重要作用。燃煤过程中容易产生许多环境污染物。氮氧化物是燃煤过程中产生的污染物之一，其对酸雨、温室效应、光化学反应等都具有影響，严重污染环境。本文对燃煤烟气中氮氧化物脱除的技术进行分析，结合600MW机组的脱硝改造来说明选择性催化还原法（SCR）技术的有效性。

关键词：SCR烟气脱硝 催化剂 脱硝效率

1引言

我国的一次能源中有70%-80%的能源是由煤炭提供，尤其是电力资源。目前，我国电网中的电力资源绝大部分是通过燃煤电厂提供，煤炭在燃烧过程中产生大量的污染物。氮氧化物是在煤炭燃烧中产生的，相关的研究已经证实NOx对环境具有较大的影响，不仅和酸雨、光化学烟雾有关，同时也是诱导温室效应和光化学反应的主要物质。据相关数据统计显示，燃烧1t的煤炭可以产生约20-30kg的氮氧化物。因此，采取相关的措施减少电厂NOx的排放量对于改善环境具有重要的影响。减少氮氧化物的排放的主要途径可以分为两大方面：其一改善燃煤结构，燃烧优质煤，从源头降低NOx生成。其二，通过烟气脱硝装置吸收或者还原烟气中的NOx。本文主要针对第二种方式进行说明。

2运行原理

目前，常使用的脱硝工艺分为选择性催化还原技术和选择性非催化还原技术。

SCR烟气脱硝技术就是利用还原剂选择性地将烟气中的NOx反应生成对环境无害的无机小分子物质氮气和水。具体的工作原理如图1表示。

SCR烟气脱硝技术中应用的还原剂一般为碳氢化合物，应用较多的是氨气，氨气作为还原剂的条件下，主要发生的反应如下：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

NO+NO2+2NH3→2N2+3 H2O

6NO2+8NH3→7N2+12 H2O

由于燃煤烟气中的NOx主要为NO，因此SCR烟气脱硝反应中主要发生上述的第一个反应。在没有催化剂的条件下，NOx和NH3也可以发生化学反应，不过只能在相对较窄的温度范围内进行，一般在930℃左右。通过选择合适的催化剂，有效的降低反应温度，提升反应的效率，在使用催化剂的条件下，上述反应可以在电厂的合适温度范围内反应（300℃-400℃）。

选择性非催化还原脱硝方法是不利用催化剂，直接将还原剂喷入高温的烟气中进行还原反应，从而将NOx脱除。温度对于选择性非催化还原脱硝方法的选择性影响较大，一般情况下，该方法的适宜温度为800-1100℃，方法的脱除效率为30%-40%左右。还原剂一般选用尿素和NH3。

3系统改造分析

通过分析比较上述两种脱硝方法的特点，相对于选择性非催化还原脱硝工艺，选择性催化还原脱硝方法更具有优势。因此，将结合我厂600MW机组的催化还原脱硝工艺改造进行分析介绍。

我厂一期2台600MW的锅炉，为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛，一次中间再热，四角切圆燃烧，平衡通风，固态排渣，露天布置，全钢构架，全悬吊结构Π型锅炉，原有的锅炉未设置脱硝工程，锅炉的设计煤种为中贫煤，校核煤种为烟煤。

320-340℃的烟气自省煤器出口烟道引入到SCR系统，首先进入系统的进口烟道中，烟气与喷射出的还原剂氨气一同进入催化系统内，在催化剂的作用下，NOx被还原为无机氮气和水，脱硝后的气体离开SCR系统回到尾部烟道中。SCR系统主要包括催化剂系统、反应器系统、氨供应系统及检测控制系统。

本厂脱硝系统采取的催化剂为蜂窝式催化剂，催化剂随着运行时间的延长，其催化活性逐渐减弱，一般在运行约20000小时后，惰化速度逐渐减缓，为了有效保证催化剂的催化作用，一般采取“2+1”模式进行布置，催化剂的运行寿命约为6年左右。SCR 反应器系统包括接口烟道、灰斗、膨胀节、挡板门、氨气混合烟道、反应器壳体、内部支撑、吹灰器、及保温材料等。从气氨缓冲槽出来的氨气压力约 0.3～0.4MPa，经流量调节阀之后，分两路分别进入每台反应器前的氨与稀释空气在混合器内混合。

4 SCR烟气脱硝系统改造效果诊断

4.1 环境效益分析

改造前的2台锅炉的NOx排放浓度为660mg/Nm3，为了保证工况变化条件下SCR系统仍能稳定运行，本次改造选用了40mg/Nm3作为裕量，即进入SCR系统的NOx浓度为700mg/Nm3，经过试验，本次选用的系统，在BMCR工况，100%烟气量的条件下，脱硝效率可以达到86%，即烟气出SCR系统后时，其NOx排放浓度为100mg/Nm3，2台锅炉的NOx年减排排放量为14292吨（全年运行5500小时）。

4.2社会效益分析

采用SCR系统后，有效的降低了烟气中的氮氧化物含量，可以减缓了酸雨发生的趋势。对于当时环境存在较好的保护作用，具有较好的社会效益。另外，由于企业的污染量减少了，环境污染量减少，对于居民的健康具有重要作用。

4.3 经济效益分析

环保部门规定，2004年7月1日开始，国家开始征收环保污染费用，即每一污染当量为0.6元，污染物的减排排放量为14292吨，氮氧化物的污染当量值为0.95Kg。工程改造后的直接经济效益毛利润为900万元。具有较好的经济效益。

5结语

烟气中氮氧化物对于环境存在严重的影响，电厂进行烟气脱硝对于环境保护和提升企业的社会责任都具有积极的作用。通过对SCR烟气脱硝技术的概述，可以有效地为SCR技术的研究和实践应用提升参考。

参考文献：

[1]马鹏增. 某型600MW燃煤机组烟气脱硝系统工艺改造及运行优化研究[D]. 华北电力大学（北京）， 华北电力大学， 2016.

[2]马强. 电厂烟气脱硝技术研究[D]. 郑州大学， 2015.