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在实施选择性催化还原(SCR)超低排放过程中,脱硝系统运行中出现氮氧化物(NOx)排放超标以及空气预热器硫酸氢铵(ABS)堵塞加剧等问题。本文重点分析了在SCR反应器中实现超低排放时,NH?/NOx分布均匀性、SO?/SO?转化率升高、氨控策略优化、最低喷氨温度控制以及催化剂寿命管理等方面的主要挑战,并提出了相应对策。
一、NOx超低排放带来的新问题
当前燃煤电厂通过提高SCR脱硝效率(通常由60–80%提升至85–95%)以实现NOx超低排放,但随之出现以下新问题:
SCR反应器高效运行不仅需增加催化剂用量,还需大幅提高入口NH?/NOx分布的均匀性。
催化剂用量增加导致SO?氧化率升高,脱硝系统出口SO?浓度上升,加剧空气预热器内硫酸氢铵堵塞风险。
当NOx排放限值为50mg/m?时,系统出口NOx浓度日常波动范围约为20–50mg/m?,需避免NOx超标与过量喷氨。
提高脱硝效率通常需增加喷氨量,从而推高系统的最低喷氨温度。
为实现更高脱硝效率,需调整现有催化剂寿命管理策略,通常通过催化剂层级的优化设计实现。
(氨逃逸在线监测系统)
二、问题分析与对策
1.NH?/NOx混合均匀性
氨氮摩尔比(NH?/NOx)的偏差对脱硝效率和氨逃逸有显著影响。如图1所示,随着氨氮摩尔比和脱硝效率提高,氨逃逸量逐渐上升,尤其在效率超过90%时逃逸趋势加剧,同时也提高了ABS堵塞风险。反应效果还受烟气流场分布的影响。
在催化剂体积一定的条件下,若进口氨氮摩尔比分布偏差为5%,氨逃逸可控制在1μL/L以内;若偏差增至12%,氨逃逸将迅速超过5μL/L。因此,实现更高脱硝效率须进一步提高NH?/NOx分布的均匀性。
建议措施:
定期开展喷氨优化试验,将喷氨量调整至最佳水平;
避免SCR出口截面氨逃逸过量,提高脱硝系统运行冗余;
对不具备双向喷氨控制功能的系统,应优化喷氨策略。
2.SO?浓度升高与ABS堵塞风险
为实现超低NOx排放,通常需增加催化剂层数。例如某电厂在入口NOx为400mg/m?、效率80%的基础上增加第三层催化剂后,脱硝效率提高至90%以上,出口NOx降至34.2mg/m?,氨逃逸降至0.9μL/L。值得注意的是,第三层催化剂主要用于分解未反应的NH?,而非进一步脱除NOx。
催化剂用量增加也提高了SO?氧化率,导致出口SO?浓度上升,增加空气预热器内ABS形成和堵塞风险。
控制措施包括:
合理控制催化剂用量及钒含量;
通过燃烧调整或掺烧低硫煤降低烟气中硫含量;
综合控制SO?生成,保障排放质量。
3.喷氨控制策略
高脱硝效率下,锅炉负荷变动对SCR入口NOx浓度影响有限。当要求出口NOx为50mg/m?时,通常将其设定值控制在更低水平(如35mg/m?)。若入口NOx为500mg/m?,则脱硝效率需达到90%;实际运行中效率常在90–96%之间波动,接近SCR技术临界值,过量喷氨风险较高。
三、运行优化与预防措施
为缓解氨逃逸超标和空预器堵塞,需从管理和设备调整两方面入手:
合理调整锅炉配风,在保证锅炉效率的同时将脱硝反应器入口NOx浓度控制在设计范围内;
严格将氨逃逸控制在允许范围内;
在NOx达标前提下,尽量将出口浓度控制在30–45mg/m?,以减少喷氨量;
严格控制入炉煤硫分,从源头抑制ABS生成;
空预器堵灰时优先采用提高排烟温度的方法,必要时进行离线高压水冲洗,控制差压,保障长期运行;
避免机组长期低负荷运行,确保SCR反应区入口烟温高于最低喷氨温度;
优化喷氨自动控制逻辑,实现实时跟踪反馈,在满足环保要求的同时避免过量喷氨。
(防爆氨逃逸在线监测系统)
四、结论
脱硝技术是火电机组实现超低排放的关键,也是国家环保政策的重点要求。做好脱硝系统的运行维护,提升设备可靠性,保障机组安全、环保、稳定运行,是一项长期而艰巨的任务。当前仍处于需要在设计、改造与运行中不断探索和积累经验的阶段,相关技术与管理策略仍有待进一步优化和完善。