司 平

(山西金駒煤電化有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006)

0 引言

低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組脫硝系統(tǒng)近年來剛剛投入實(shí)際應(yīng)用。相對(duì)于高濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組，低濃度瓦斯不能存儲(chǔ)，不能遠(yuǎn)距離傳輸，進(jìn)氣壓力、濃度經(jīng)常波動(dòng)，低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組氮氧化物排放難以控制，作為脫硝系統(tǒng)的實(shí)際使用方，文中對(duì)脫硝系統(tǒng)實(shí)際使用進(jìn)行了總結(jié)。

1 降低低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組原始NOx排放

降低低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組氮氧化物排放，主要集中在“燃燒中控制”和“燃燒后煙氣脫硝”2個(gè)階段。國產(chǎn)低濃瓦斯發(fā)電機(jī)組煙氣氮氧化物排放濃度一般偏高，如果不先降低機(jī)組煙氣氮氧化物排放，脫硝系統(tǒng)很難降低排放。

首先從“燃燒中控制階段”降低機(jī)組原始氮氧化物排放，具體是對(duì)機(jī)組點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行改造。通過采用高能量點(diǎn)火系統(tǒng)，調(diào)整點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間和點(diǎn)火強(qiáng)度，同時(shí)通過點(diǎn)火控制器找到最佳點(diǎn)火提前角，實(shí)現(xiàn)降低機(jī)組煙氣排溫、降低機(jī)組氮氧化物排放的目的。

另外，機(jī)組控制程序中新增加了“進(jìn)氣壓力控制”。在瓦斯氣進(jìn)氣濃度、壓力波動(dòng)時(shí)，機(jī)組負(fù)荷調(diào)整不再利用“LAMBDA空燃比控制”和缸溫控制，而改用靈敏度更高的進(jìn)氣壓力控制，使調(diào)整更加快速，機(jī)組負(fù)荷、排溫更加穩(wěn)定，從而直接降低機(jī)組煙氣氮氧化物排放。

2 選擇適合低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組的脫硝技術(shù)

煙氣脫硝技術(shù)運(yùn)用最多的是干法中的SCR 法及SNCR法。低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組煙氣排煙溫度集中在500～600 ℃左右，這個(gè)溫度是SCR催化劑最佳反應(yīng)溫度，而SNCR法一般應(yīng)用于850～1 100 ℃的煙氣直接脫硝。當(dāng)溫度低于900 ℃時(shí)存在氨穿透現(xiàn)象，同時(shí)考慮到SCR法應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、便于維護(hù)、不會(huì)造成二次污染，作為還原劑的尿素便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，因此，低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組的脫硝系統(tǒng)采用了選擇性催化還原法(SCR)。

3 選擇性催化還原法的工作原理、系統(tǒng)組成

3.1 選擇性催化還原法工作原理

選擇性催化還原法煙氣脫硝工藝流程為尿素經(jīng)氣力輸送或機(jī)械、人力提升至尿素溶解罐，用除鹽水將尿素顆粒溶解成尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。尿素溶液經(jīng)循環(huán)泵、計(jì)量分配裝置、霧化噴嘴等進(jìn)入煙道，在高溫?zé)煹纼?nèi)受熱分解成氨氣(NH3)和二氧化碳(CO2)，經(jīng)混合器與煙氣混合均勻后進(jìn)入SCR反應(yīng)器。在催化劑的作用下，煙氣中的氮氧化物(NOx)與氨氣(NH3)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)生成N2和H2O，從而將煙氣中的氮氧化物(NOx)除去，其反應(yīng)方程式為

尿素水溶液分解如下

尿素經(jīng)熱解、水解生成氨氣，為反應(yīng)提供原料。

SCR中發(fā)生NOx反應(yīng)如下

標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)

慢速反應(yīng)

快速反應(yīng)

3.2 脫硝系統(tǒng)

選擇性催化還原法的系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 SCR系統(tǒng)Fig.1 SCR system

4 SCR脫硝系統(tǒng)在設(shè)計(jì)前期遇到的問題

4.1 要考慮低濃度瓦斯氣組分的化驗(yàn)結(jié)果

如果低濃度瓦斯氣化學(xué)成分檢驗(yàn)H2S含量，燃燒不考慮生成SO2，如果瓦斯氣H2S含量較高，機(jī)組燃燒后排放的煙氣中就會(huì)有SO2，煙氣中的SO2在釩基催化劑作用下被催化氧化為SO3，與煙氣中的NH3反應(yīng)，生成一系列銨鹽，這樣不僅會(huì)造成NH3的浪費(fèi)，而且會(huì)導(dǎo)致催化劑的活性位被覆蓋，導(dǎo)致催化劑失活。此外，SO2與催化劑中的金屬活性成分發(fā)生反應(yīng)，生成金屬硫酸鹽導(dǎo)致催化劑失活。催化劑的失效，直接會(huì)導(dǎo)致機(jī)組煙氣氮氧化物排放不達(dá)標(biāo)。

4.2 要考慮低濃度瓦斯機(jī)組煙氣排放數(shù)據(jù)的變化

脫硝廠家在前期設(shè)計(jì)SCR時(shí)，往往依據(jù)的是廠家提供的發(fā)動(dòng)機(jī)煙氣排放數(shù)據(jù)(排煙溫度、干氣排氣流量)，但發(fā)動(dòng)機(jī)廠商提供的數(shù)據(jù)往往是理想狀況下的數(shù)據(jù)，機(jī)組實(shí)際投運(yùn)后，供氣壓力、濃度變化、機(jī)組運(yùn)行工況變化等都會(huì)導(dǎo)致排氣流量和溫度的變化，內(nèi)燃機(jī)組經(jīng)過長期磨損和消耗后，煙氣中氮氧化物濃度也會(huì)出現(xiàn)升高現(xiàn)象，以上情況均會(huì)導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)由于實(shí)際排放超過設(shè)計(jì)時(shí)的原始NOx數(shù)值而難以達(dá)到預(yù)想的脫硝效果。

由于場(chǎng)地的限制，增加催化劑模塊非常困難，所以脫硝廠家設(shè)計(jì)SCR時(shí)，在參考廠家提供的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，最好實(shí)地考察檢測(cè)同類型機(jī)組實(shí)際煙氣排放情況，同時(shí)考慮供氣本身的變化情況，以“寧大勿小”的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，SCR廠家要把握好空塔溫度這一關(guān)鍵參數(shù)，綜合SCR反應(yīng)塔的布置、脫硝效率、煙氣溫度、允許的氨逃逸量以及煙氣氮氧化物濃度來確定整個(gè)設(shè)計(jì)方案。

4.3 增加可拆卸的自動(dòng)吹灰裝置和催化劑測(cè)試塊

機(jī)組脫硝系統(tǒng)投運(yùn)后，多次發(fā)生催化劑積灰嚴(yán)重導(dǎo)致催化劑堵塞，進(jìn)而機(jī)組由于排氣不暢，帶不起負(fù)荷。判斷催化劑是否堵塞是根據(jù)SCR前的背壓來判斷的，如果設(shè)計(jì)時(shí)，在催化劑進(jìn)出口兩側(cè)增加壓力表，在SCR上直接增加吹灰裝置，吹灰裝置可以根據(jù)催化劑模塊進(jìn)出氣壓差直接判讀是否堵塞，進(jìn)而自動(dòng)吹灰運(yùn)行。此方法可提高設(shè)備自動(dòng)化程度，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

除了根據(jù)催化劑模塊進(jìn)出氣壓差直接判讀催化劑是否堵塞外，如果在每層催化劑層安裝有可拆卸的測(cè)試塊，運(yùn)行人員就可以直接取出測(cè)試塊來判斷催化劑模塊是否需要清掃。運(yùn)行人員在判斷催化劑是否堵塞時(shí)會(huì)更加方便快捷。

4.4 要選擇脫CO復(fù)合催化劑

一氧化碳是我國《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中6項(xiàng)基本控制污染物項(xiàng)目之一，部分地方標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了固定污染源廢氣中一氧化碳的排放限值要求。脫硝廠家設(shè)計(jì)時(shí)要有前瞻性，采用在脫硝催化劑中加入貴金屬成分，將脫碳催化劑與脫硝催化劑合成一體，即選用脫硝脫碳復(fù)合催化劑?？紤]到成本因素，目前可以只安裝脫硝催化劑，將來需要脫CO時(shí)，只需將脫硝催化劑更換為脫CO復(fù)合催化劑即可，不需增加其他設(shè)備。

5 SCR脫硝系統(tǒng)在實(shí)際使用中遇到的問題

5.1 尿素噴嘴經(jīng)常堵塞

在使用脫硝系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)常遇到脫硝系統(tǒng)噴嘴堵塞，解決方法如下。

改為純度更高的車用尿素：由于排氣管溫度較高，普通尿素加水勾兌后的尿素溶液，在噴嘴處易形成水垢堵塞噴嘴，達(dá)不到設(shè)計(jì)效果。為此，將原來的農(nóng)用尿素改為純度更高的車用尿素，將原來用的生活用水改為經(jīng)反滲透處理過的軟化水，使混合后尿素溶液所含雜質(zhì)盡可能少，以減輕噴嘴堵塞現(xiàn)象。

優(yōu)化管路設(shè)計(jì)：尿素溶液使用中，沉積物的產(chǎn)生一直是比較普遍的問題。脫硝系統(tǒng)噴射系統(tǒng)霧化性能差造成催化轉(zhuǎn)化效果下降引起未轉(zhuǎn)化的HNCO聚合沉積，是造成NOx超標(biāo)的常見原因。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)尿素溶液管路和壓縮空氣管路的跑冒滴漏也非常常見。為此，對(duì)管路進(jìn)行優(yōu)化整改，避免系統(tǒng)管道和混合器設(shè)計(jì)不夠合理導(dǎo)致的局部區(qū)域的尿素堆積沉積，減少管路連接頭，避免接頭過多導(dǎo)致的阻力大和容易漏等缺點(diǎn)。

改為儀用壓縮空氣：為防止壓縮空氣中雜質(zhì)堵塞噴槍的噴嘴部分，導(dǎo)致尿素在噴嘴部位結(jié)晶，將原有壓縮空氣系統(tǒng)新增過濾設(shè)備，改為儀用壓縮空氣，保證了儀用空氣無雜質(zhì)、無油。

5.2 噴氨控制箱安裝位置不合適

脫硝系統(tǒng)整體放置在燃機(jī)集裝箱頂部，受場(chǎng)地限制，噴氨控制箱位置靠近SCR反應(yīng)器底部。由于SCR底部保溫不好做，SCR反應(yīng)器輻射大量熱量到噴氨控制箱，直接導(dǎo)致噴氨控制箱內(nèi)的管路和電氣元件損壞，將噴氨控制箱移動(dòng)位置后解決了此問題。因此，脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，合理布置各管路、元器件位置，尤其要考慮到高溫影響，保證脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行。

6 SCR脫硝系統(tǒng)常見問題處理方法

脫硝效果不好，一般從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析和處理：噴氨管路(噴氨量不足、噴氨量過大、噴氨霧化效果不好)、壓縮空氣管路、催化劑活性降低、系統(tǒng)程序參數(shù)設(shè)置不合理、電氣控制回路故障、壓力、溫度、含氧量、氮氧化物傳感器故障等。具體方法見表1。

表1 脫硝系統(tǒng)常見問題處理方法Table 1 Treatment of common problems in denitration system

7 結(jié)語

低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組脫硝降低氮氧化物排放是瓦斯發(fā)電行業(yè)遇到的新課題。在同脫硝廠家多次溝通的前提下，參閱國內(nèi)相關(guān)資料，結(jié)合瓦斯電站日常實(shí)際使用脫硝系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，形成相關(guān)結(jié)論和建議，以供低濃度瓦斯發(fā)電行業(yè)參考，解決低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組降低氮氧化物排放問題。