火电厂SCR法脱硝及控制系统

火电厂SCR法脱硝及控制系统

摘要：随着人类对环境问题的重视，以及国家对火电厂脱硫技术的推广、脱硝技术的试点运行、对未来CO2的减排控制技术的研究等，人们对大气环境污染的治理也不断加强。本文以我省首批脱硝试点电厂—乌沙山电厂＃4炉脱硝系统为例，对脱硝技术及SCR法脱硝的控制系统进行阐述。

0引言

我国是以煤炭为主要能源的发展中国家，每年直接用于燃烧的煤炭达12亿吨以上，煤炭燃烧后排放出大量的污染物，如SO2、SO3(通称SOX，硫化物)；NO、NO2(通称NOX，氮氧化物)；CO2；粉尘等。大量的污染物已在局部地区造成了酸雨等现象，严重危害着生态环境，在国际上也造成很大影响。而目前在我国的电力电源结构中，燃煤发电仍占电力总量的75%以上，因此火电厂已经成为我国主要的大气污染源之一。

NOX(氮氧化物)对大气环境的污染除了与其他化合物一起造成酸雨，对土壤和水生态系统带来不可逆的后果外，还由于它们参与光化学烟雾的生成而受到人们的重视。日本、欧洲等发达国家早在八十年代已开始在火电厂应用脱硝控制技术，并在某些核心技术的研究取得了垄断地位。而我国近几年也开始加大对烟气脱硝控制技术的研究及应用，如2006年年底前我省投运的宁海国华电厂＃4机组、大唐乌沙山电厂＃4机组，成为首批采用烟气脱硝技术的600MW机组。

1 SCR法脱硝原理

火电厂的脱硝控制技术方式一般有燃烧控制脱硝和烟气脱硝等。烟气脱硝技术按其作用原理不同，可分为吸收、吸附和催化还原等三类。

吸收法：向烟道内直接喷入吸收剂(如水、碱溶液、稀硝酸等)，吸收烟气中的NOx物，由于NOx物难溶于水和碱液，因此常采用氧化、还原或配合吸收的办法以提高NOx物的净化效率。

吸附法：用浸渍了碳酸钠等吸附剂的圆球等作为触媒，用来吸附去除烟气中的NOx物，虽然净化效率高，但吸附容量小，吸附剂用量大。

催化还原法：利用催化剂或高温等条件来提高、加速烟气中NOx物与还原剂的还原反应，还原成无污染的氮气和水，从而达到净化NOx物。其中催化还原法由于脱硝效率高、投资运行成本相对较低，因此催化还原法目前占主流地位。

催化还原法又根据是否采用催化剂分为选择性催化还原法(简称SCR)和选择性非催化

还原法(简称SNCR)：

SCR还原法的原理，是还原剂(NH3、尿素)在催化剂作用下，选择性的与烟气中的NOX 物进行还原反应，生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故称为“选择性”，其主要方程式为：

4NH3 + 4NO + O2＝4N2 + 6H2O

4NH3 + 2NO2 + O2＝3N2 + 6H2O

SNCR还原法与SCR还原法不同处，是不采用催化剂的情况下，用还原剂(NH3、尿素)直接与烟气中的NOx物在高温下进行还原反应。其特点是：不使用催化剂；脱硝还原反应所需的温度高，以还原剂为氨为例，反应温度窗为870~1100℃；投资省、可以直接使用尿素；脱硝效率低(30~50%)、运行的可靠性和稳定性不好。

综合比较，SCR法由于还原反应温度要求低，可安装在锅炉尾部，具有对炉膛影响小；脱硝效率高，用于电站锅炉时脱硝效率可达到85%以上；氨逃逸率低等优点。因此SCR法在工业上得到了广泛应用，也是目前用于固定源NOx治理的一种最好的脱硝工艺。

2大唐乌沙山电厂SCR法脱硝工艺流程

乌沙山电厂＃4炉脱硝系统采用SCR脱硝技术，以液氨为还原剂，引进法国的FLOWTECH 公司工艺技术，主要核心设备催化剂由奥地利CERAM公司提供，烟气成套分析仪由德国西门子公司提供。该脱硝系统包括烟道系统、SCR反应器、催化剂、氨喷射系统、氨的制备及供应系统、吹灰系统、控制系统及仪表和电气系统等，在国内600MW机组中首次应用，其工艺流程如图1。

SCR法脱硝工艺流程是，液氨储罐中的液氨(约1.6MPa G)通过压力调节阀将压力减到0.2-0.6MPa G进入到氨蒸发器蒸发，经氨气缓冲槽后，控制一定的压力及流量与稀释空气在混合器中混合均匀，最后经喷氨格栅喷入烟道，在SCR反应器内进行脱硝反应。

0.2-0.6MPa G的液氨进入氨蒸发器内的蒸发管道受热蒸发到40℃，加热源为蒸发器内的蒸汽管道(350℃、1.29MPa G的辅助蒸汽)，蒸发器的壳程充装约140kg的纯甲醇，这样可以确保液氨蒸发过程中不引起凝结水冻结堵塞氨蒸发器。甲醇正常操作压力0.1MPa G，避免甲醇急速受热，给定0.8MPa G联锁报警，此时关闭蒸汽进口控制阀门，该阀门与氨气出口温度联锁控制，调节辅助蒸汽进量，保证氨气出口温度40℃左右。

氨气系统紧急排放的氨气，排入氨气稀释槽中，经水的吸收排入废水池，再经由废水泵送至废水处理厂处理。废水池设有液位报警联锁，控制废水泵的开停。

氨站和SCR反应器区均设置氨气泄漏监测器，测得环境中氨气浓度过高，则报警并采取相应得措施。根据SCR反应器的烟气流量和进出口烟气中的NOx含量计算出的氨气用量，由流量调节阀控制由氨站过来的氨气进入SCR反应器，其逻辑见下节的控制逻辑图及说明。

3控制系统介绍

SCR脱硝系统在我国尚属起步试运阶段，除其核心技术—催化剂技术掌握在欧洲、日本等发达国家外，其控制系统相对火电厂的主机系统或脱硫系统来讲比较简单。

大唐乌沙山电厂＃4炉脱硝的控制系统主要包括氨控制系统、吹灰控制系统、烟气测量系统、电气测量控制系统等。其中氨控制系统为主要控制系统，它主要包括液氨、氨气、氨和空气混合系统的控制。

当氨管上阀门打开时，通过流量控制阀气动氨检测系统，氨气流量显示在控制回路中。

NOx总量可通过烟气监测系统得到(烟气量可从锅炉DCS系统获得)，在反应器进出口测量NOx浓度(烟气成套分析仪)。

NH3总量计算的标准方法是根据进出口NOx浓度的差值和烟气量来决定。

上述信号按照设定的计量比放大(一般设定1.03)，NH3摩尔量根据要捕获的NOx摩尔量来决定。通过进口NOx测量值，NH3的理论计算值，出口NOx浓度值等就可以计算得到控制系统喷入NH3总量的反馈值。

这个NH3反馈值代表了气态NH3的远程控制值。反应器进出口O2含量用来折算进出口烟气的NOx浓度到6%O2含量的标准值。