燃煤电厂SCR脱硝控制系统优化

刘雅娥

华电呼图壁能源有限公司 新疆昌吉州呼图壁县 831200

摘要：在燃煤电厂中，SCR脱硝技术发挥着重要的作用。在机组低负荷及变负荷运行过程中，传统PID控制方法无法实现喷氨量的精确控制。通过分析SCR脱硝控制系统原理及存在的问题，探讨先进脱硝控制技术。针对某电厂脱硝系统的大滞后、时变性和非线性的特性，采用先进的模型预测控制策略，提前预测NO_X浓度变化趋势，提高了对SCR反应器出口NO_X浓度的控制品质。

关键词：脱硝;控制系统;模型预测控制;喷氨

引言

近年来，随着人们环保意识的增强及国家对气体污染物的排放限值趋于严格，脱硝技术在以煤炭为燃料的电力企业应用越来越广。NO_X易溶解于水形成硝酸水溶液，容易使设备的碳钢和合金外壳产生销脆和裂纹，影响设备的使用性能和缩短使用寿命，不利于行业的可持续发展。因此需要采取有效措施控制FCC装置的烟气排放，减少烟气中的NO_X排放量。选择性催化还原法(SCR)是在催化剂环境中，将还原剂加入FCC烟气中，通过选择性地与NO_X进行反应，使NO_X被还原为N₂，从而实现无害化脱硝处理。

1.SCR脱硝反应过程原理

目前，金属氧化物和分子筛催化剂上的SCR反应机理普遍认为有2种：Langmuir-Hinshelwood（L-H）机理和Eley-Rideal（E-R）机理。L-H机理是吸附的NHx物种（吸附于酸性位点）与吸附的亚硝酸盐或硝酸盐（由NO氧化形成，吸附于催化剂表面）反应形成NH₄NOx中间体，随后分解为N₂和H₂O；E-R机理是吸附的NHx物种直接与气相NO结合生成NHx-NOx中间体，随后再分解为N₂和H₂O。反应期间催化剂的高价态位点会被还原为低价态，后续可被O₂重新氧化完成氧化还原的循环。由此可见，催化剂的酸碱性和氧化还原性对SCR活性有较大的决定作用。随着各种新型催化剂的开发，对构效关系、反应机理的进一步深入研究来指导催化剂的改性优化，仍然是一个比较重要且艰巨的任务。

2.SCR催化剂的失活原因

2.1飞灰堵塞失活

烟气中存在大量不同粒径的飞灰，这些飞灰会随着气流沉积在SCR催化剂表面，从而降低催化剂的活性。飞灰引起的SCR催化剂堵塞可分为通道堵塞和微孔堵塞。通道堵塞指的是细小的干燥飞灰聚集在SCR催化剂表面，堵塞表面通道，从而导致其活性降低。该种堵塞方式属于物理过程，而微孔堵塞涉及化学反应，是指NH₃和SO₃反应生成的（NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₄附着于SCR催化剂内部的孔隙中，使NOx、NH₃与活性组分的接触受到阻碍，从而导致催化剂的性能下降。

2.2催化剂中毒

受流经的不同气体及液态催化剂毒性物的影响，催化剂的活性将会降低。其失活程度受催化剂毒物的浓度、与毒物接触的时间以及与毒物接触时的温度等因素的影响。如钠盐、钾盐、镁盐及钙盐等都会引起催化剂中毒。避免在露点温度区运行，或者使运行时穿越露点温度区的时间尽可能短，如此可减轻中毒症状。并且吹扫周期不得大于7d，最佳的吹扫周期应根据实际生产运行情况进行调整。

2.3氨逃逸率表计测量不准确

烟气含尘量大，激光镜片上积灰严重，导致氨逃逸率表计的透光率大幅下降。氨逃逸率表计测量不准确，无法实时提供准确的氨耗量，使运行人员调整喷氨流量缺乏依据，无法保证机组安全经济运行。

3.新型脱硝控制技术

3.1脱硝催化剂全寿命管理技术

反应器入口烟气条件、脱硝催化剂性能、烟气分布流场均匀性是影响脱硝系统全寿命周期成本的3个主要因素。众多学者也对此做了大量的研究，发现催化剂初始性能、脱硝系统运行方式等对催化剂使用寿命会产生直接影响；而在运行中采取一定措施，如优化调整脱硝系统流场均匀性对提高脱硝效率、降低SCR出口氨逃逸浓度、缓解催化剂局部磨损等均有一定的效果，从而延长催化剂使用寿命[13-20]。结合已投运脱硝系统的机组运行情况来看，开展脱硝催化剂全寿命管理可综合解决上述3个因素带来的困扰，是提高脱硝系统运行安全性和经济性的有效途径。SCR脱硝催化剂全寿命管理是以寿命周期内催化剂为目标，以保障催化剂性能满足脱硝系统设计要求和机组安全稳定经济运行为目的，以催化剂性能检测和寿命评估为核心，从催化剂成品质量管理、运维优化管理到失效处置管理的全过程，采用标准化的检测方法、规范化的管理程序、针对性的提效措施，统筹协调催化剂在成品采购、运行维护、失效处置全生命周期内的管理方法和技术要求，全面优化SCR脱硝系统的运行，降低脱硝催化剂在全生命周期内的经济成本、环境成本和安全成本。脱硝催化剂全寿命管理应立足于加强人员培训、规范管理程序、标准管理过程等3个方面，加大管理力度、切实提高运维水平，同时从成本质量管理、运维优化管理和失效处置管理实现全过程质量管控，将催化剂性能检测贯穿于催化剂生产、运行和失效，结合催化剂检测结果和系统运行资料指导和优化脱硝系统运行，在保证脱硝系统达标排放的前提下，全方位提高脱硝系统运行的安全性和经济性。

3.2催化剂的维护

模块装卸及搬运过程严格遵守手册中的要求进行作业；催化剂存储、系统停止运行时要做好防潮措施，以免催化剂活性受影响，停运期间确保氨喷嘴以及吹灰器关闭完好；应保证反应器内模块组件的垂直度，各排列精准对齐，确保每个催化剂单体在模块中都没有移位；检查模块中单体是否有破损或堵塞，及时做好清灰工作；检查模块组件之间的密封，以及模块组件与反应器墙板之间的密封，确保所有密封要彻底，以避免烟气的泄漏。

3.3依照SCR系统运行技术规范，定期开展对AIG喷氨的优化调整（每年一次）

根据反应器内NOx浓度分布特点优化喷氨量，使烟道端面喷氨量分布更加合理，保证SCR出口NOx浓度和氨逃逸能够均匀分布；定期开展（每季度一次）氨逃逸化学法采样与分析测试试验，确保SCR氨逃逸控制在2.5mg/Nm³以下，减少堵塞风险。

结语

综上所述，SCR催化剂是烟气脱硝过程中产生的固体废物，不但本身含有钛、钒、钨等有害金属，还会在表面吸附烟气中的砷、汞、铅等重金属元素，属于危险废物。废SCR催化剂如果无法得到妥善处置，就会给环境带来污染，对生物和人体健康造成危害。为早日实现废SCR催化剂的绿色循环，一方面要开发适合中国国情的废SCR催化剂回收利用技术，另一方面要建立科学的管理制度，引导再生利用企业快速发展。

参考文献

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