电站燃煤锅炉SCR烟气脱硝喷氨优化控制分析

电站燃煤锅炉 SCR烟气脱硝喷氨优化控

制分析

摘要:污染是一个全球问题，它会导致温室效应，破坏臭氧层和形成酸雨。我们国家对的排放做出了严格的限制。另一方面脱硝所用液氨的价格较贵，

给对电厂的经济运行带来了挑战。锅炉脱硝系统的正常运行对于整个发电厂的环

保和经济运行都有着非常重要的影响。本文通过对发电厂脱硝系统运行中存在的

问题进行总结与分析,提出了一些有效的优化调整措施,希望在满足严苛环保要求

下保持脱硝系统的经济运行。

关键词:脱硝系统；超净排放；精准喷氨

引言

为达到国家环保超净排放标准的严格要求(30万千瓦及以上公用燃煤发电机

组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保指标,即在基准氧含

量6%条件下，氮氧化物排放浓度分别不高于50毫克/立方米),华能井冈山电厂一

期两台30万千瓦燃煤机组采用选择性催化还原(SCR)工艺烟气脱硝系统,锅炉配

置2台SCR反应器,采用纯度为99.6%的液氨做为脱硝系统的反应剂。SCR反应器

布置在省煤器与空预器之间的高含尘区域。脱硝系统在机组并网运行期间保持连

续运行，运行人员既要确保脱硝系统出口浓度在标准要求之内，又要满足脱

硝系统节约经济运行的要求。所以要对机组脱硝喷氨进行优化控制，实现精准喷氨，既满足于严苛的环保要求，又能节约液氨消耗的成本，助力我厂实现绿色节

能型电厂的建设。

一SCR脱硝系统简介

我厂一期锅炉烟气脱硝装置布置在炉外，呈露天布置，采用高粉尘布置的SCR工艺，即将SCR反应器布置在省煤器之后、空预器和电除尘之前。脱硝系统

布置有三台稀释风机，一台运行，两台备用。氨气与空气混合后被喷入反应器中，

与反应器中的氮氧化物发生反应。烟气中所含的全部飞灰和均通过催化剂反应器，的去除率可达到80%～85%。每台锅炉配置两台SCR反应器,采用蜂窝式催化剂,按“2+1”模式布置三层催化剂。SCR的化学反应机理比较复杂，催化剂选择性主要是指在有的条件下被氧化，而不是被氧化，SCR反应是选择性反应生成，而非其他的含氮氧化物。烟气脱硝系统运行应通过精准喷氨的控制同时达到超净排放和安全经济的目标。

二实现路径分析

1存在问题分析与调整方法

问题一：影响脱硝系统入口浓度的变化因素，如何抑制的生成，减低其浓度，减少喷氨量。

根据的生成起源与生成途径，的生成可以分为三类。

①热力型，在高温下，离解生成氧原子，空气中的被氧原子氧化形成。热力型的生成特点是燃烧区域温度越高，氧气浓度越大，则生成的就越多。在实际燃烧室中，必然存在温度的分布不均匀，导致局部高温区的存在，在这些区域内会生成较多的。

②瞬时型，瞬时型的生成与烃类基团密切相关，在富燃料和空气不足时，烃类基团较多，因而产生的瞬时型自然也较多。这种情况多发生在内燃机的燃烧过程中，而在锅炉运行中，为了充分燃烧而加入过剩空气，这种情况发生较少。

③燃料型，燃煤中的含氮氧化物在燃烧过程中氧化而生成的氮氧化物。燃料在进入炉膛后，燃料中的氮有机化合物先在高温下受热分解，形成、HCN 等中间产物，和HCN能够被含氧原子的化学组分R（OH、O、）氧化生成NO和O。过剩空气系数（即燃烧区域含氧量）对燃料氮最终生成的有重要影响。在富燃料条件下，处于缺乏状态，此时燃料中的氮形成大量的、HCN等中间产物，与碳、氢等元素竞争不足的，由于其竞争力不足，而使其转

向与已生成的NO发生反应，使NO被还原成，从而减少了的形成。在贫燃

料的情况下则相反。

解决方案：通过分析影响脱硝系统入口浓度的变化因素，采取措施抑制的生成，减低其浓度，减少喷氨量。

我厂通过三种方式的综合运用的调整来抑制的生成,降低脱硝系统入口

的浓度。

①采用低氮燃烧器，煤粉气流通过燃烧器内部的弯道所产生的离心力，使得

煤粉实现浓淡分离，从而降低了燃烧中心的氧气浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧，抑制了的生成，的生成量大幅度降低。一次风携带煤粉的浓淡分离，在

靠近水冷壁附近形成氧化性气氛，可以防止或减轻水冷壁的高温腐蚀和结焦。

②增加SOFA风，我厂通过在距离燃烧器上方一定位置开设了四层燃尽风喷口，使燃料的的燃烧过程沿炉膛轴向分级分阶段进行。根据负荷和风量的需求打

开适当的层数的SOFA风，使得主燃烧区域的氧气含量降低，让燃料在贫氧状态

下燃烧，此时主燃烧区域内的α＜1，降低了燃烧区域内的燃烧速度和温度水平，这不但延迟了燃烧过程，使燃料中的N在还原性气氛中转化成的量减少，而

且将已生成的部分还原，使得脱硝系统入口的含量大大减少，也就打打

减少了相应的喷氨量。在机组运行过程当中，打开一层到两层SOFA风后，脱硝

入口的浓度能够降低50-100ppm。

③制粉系统采用炉烟风制粉，我厂燃烧煤种主要是烟煤，四套制粉系统至少

有三套制粉是磨制烟煤。采用炉烟制粉，一方面是考虑磨煤的烟煤挥发分含量高，制粉系统容易自燃和爆炸，使用炉烟降低制粉系统中的氧气含量，避开煤粉爆炸

的氧气浓度范围。另一方面因为炉烟中的氧气含量较低，使得一次风里面的氧气

含量也比较低，这就降低了主燃烧区域的的生成。在制粉系统都使用炉烟制

粉的情况下，脱硝系统入口的含量可以控制在230-380ppm的范围内，如果

CD制粉系统有一套采用纯热风和冷风制粉，那么脱硝系统入口的浓度将达到500ppm以上，将使得喷氨量大大增加。

通过这三种控制方式已经能够大大降低脱硝系统入口的浓度，使得喷氨

的量大大减少，也减轻了脱硝系统的负担，在满足脱硝系统节约经济运行的同时

也提高了脱硝系统的可靠性，节约了催化剂的使用寿命。

问题二：脱硝系统氨逃逸率高，脱硝效率不高，如何提高脱硝喷氨的利用率，减少氨逃逸。氨逃逸增加也带来一些后续问题。

①过量喷氨,造成脱硝系统耗氨量增大,氨逃逸增大。由于脱硝系统中各项数

据的采集存在滞后，喷氨格栅中的流场和浓度场分布不均匀，氨氮摩尔比调整不

合理等因素使得喷氨不精确，喷氨过量，造成氨逃逸增大。氨逃逸增大造成了很

多的问题，最直接就是造成了液氨的浪费，直接增加了环保脱硝液氨的消耗量，

增加了环保的成本。而且当我厂燃用高硫烟煤时，燃烧产物中的一部分将被

氧化成，和剩余的氨反应生成腐蚀性很强而且粘附性较强的硫酸氢氨，硫酸氢氨会使催化剂堵塞，造成脱硝系统效率下降和和阻力增加。而且硫酸氢氨的

露点温度较高,经过空预器时易粘附至空预器的换热瓦片上,造成空预器的堵塞和

腐蚀,增加了引风机的电耗，使得高负荷下引风机喘振的风险增大，提高了排烟

温度,降低锅炉的热效率。而且部分硫酸氢氨流入到电除尘器中也会使电除尘器

极板、极线裹灰，影响除尘效率。氨逃逸增大后也会使得煤灰中的氨盐含量偏高，降低煤灰的品质，影响煤灰的综合利用。

②催化剂的工作效率受到影响。我厂的烟气脱硝装置采用高粉尘布置的SCR

工艺,由于催化剂是在“不干净”的烟气中工作,其寿命会受到影响。因为飞灰中

的K、Na、Ca、Si、As会使催化剂污染或者中毒，由于粉尘浓度较高，对催化剂

的冲刷和磨损作用较大，影响催化剂的寿命。烟气的温度也必须保持在一定范围内，烟气温度过高也会使催化剂烧结或者使其在结晶而失效。而且燃烧高硫烟煤

后烟气中含有大量的，催化剂可以使部分氧化成，同时可与泄露

的氨生成腐蚀性很强的硫酸盐（硫酸氢氨）物质，影响催化剂的使用寿命。

解决方案：我厂为了提高脱硝的氨气利用率，减少氨逃逸进行了脱硝系统改造，通过优化喷氨格栅的分布，改善流场及浓度分布不均匀，数据采集的优化，

采用合理的氨氮摩尔比，提高inft的自动投入率，定期吹灰等方法来提高氨的

利用率，减少硫酸氢氨的生成。