工程上常用的、成熟的脫硝技術(shù)主要有：低氮燃燒技術(shù)、SNCR法煙氣脫硝技術(shù)、SCR法煙氣脫硝技術(shù)。本文僅針對工程上應(yīng)用多、脫硝效率高的SCR法煙氣脫硝技術(shù)進討。

1　噴氨裝置

噴氨裝置作為SCR法脫硝裝置的核心部分之一, 直接影響脫硝效率及煙氣系統(tǒng)阻力, 從而影響脫硝系統(tǒng)的運行成本。  

目前, 用于SCR法脫硝的噴氨裝置主要有渦流混合器、噴氨靜態(tài)混合器、噴氨格柵及矩齒噴氨格柵等。由我公司自主研制的噴氨格柵, 混合阻力低、混合效果好、混合距離短、安裝方便、調(diào)試簡單, 與同類裝置相比, 可減少脫硝系統(tǒng)阻力50 ～ 100 Pa, 節(jié)約引風(fēng)機電耗4%以上, 節(jié)能效果明顯。

2　流場模擬試驗   

進入反應(yīng)器催化劑層入口的煙氣流場分布均勻與否直接影響脫硝系統(tǒng)的各項性能指標(biāo), 如果流場分布不均勻, 不但會嚴重影響脫硝效率、增加氨的逃逸、加速催化劑磨損, 嚴重時還會堵塞催化劑或引起空氣預(yù)熱器的堵塞和嚴重腐蝕, 從而影響主機的正常運行, 因此, 流場模擬試驗研究在脫硝系統(tǒng)設(shè)計中極為重要。流場模擬試驗研究主要分為計算流體力學(xué)CFD計算與物理模型試驗驗證2部分。  

CFD計算為關(guān)鍵的是計算模型的建立與邊界條件的設(shè)定, 計算模型建立時要根據(jù)實際煙氣系統(tǒng)設(shè)計情況確定煙氣系統(tǒng)內(nèi)部件是否簡化以及計算網(wǎng)格的大小, 以達到計算速度和精度統(tǒng)一的目的;為了便于脫硝系統(tǒng)入口邊界條件的設(shè)定, 通常將省煤器換熱管束出口作為脫硝系統(tǒng)CFD計算的入口, 將鍋爐空氣預(yù)熱器入口作為脫硝系統(tǒng)CFD計算的出口, 易于設(shè)定CFD計算條件。

3  SCR反應(yīng)器的設(shè)計   

SCR反應(yīng)器作為SCR法脫硝反應(yīng)為關(guān)鍵的設(shè)備,其截面的設(shè)計不但要考慮煙氣流速, 還要考慮能夠適應(yīng)不同類型的催化劑模塊布置、安裝的要求。因此, 反應(yīng)器截面與催化劑的支撐梁的設(shè)計要按通用(滿足蜂窩式、平板式、波紋板式催化劑模塊)設(shè)計考慮, 使得每種類型的催化劑模塊都能互換安裝。 

為了保證煙氣在催化劑層的均勻性與入射角度, 反應(yīng)器頂部應(yīng)設(shè)計有煙氣整流層;為了防止反應(yīng)器內(nèi)部導(dǎo)流板、支撐結(jié)構(gòu)等部件掉落的積灰以及煙道內(nèi)絮狀雜物堵塞催化劑孔道, 反應(yīng)器內(nèi)應(yīng)設(shè)置碎灰格柵。

催化劑的吊裝是通過布置在反應(yīng)器外的吊軌和電動葫蘆來實現(xiàn)的, 吊軌的設(shè)計要充分考慮催化劑模塊、吊具、電動葫蘆的重量以及吊裝過程中各種擺動引起的慣性力的作用。反應(yīng)器內(nèi)催化劑安裝軌道的設(shè)計要充分考慮易于催化劑模塊的吊裝并且要防止灰塵的堆積。

為了防止催化劑層的積灰堵塞催化劑孔道, 通常在每層催化劑層上部設(shè)置吹灰器。常用于SCR法脫硝的吹灰器有聲波和蒸汽2種形式, 其選型與布置要根據(jù)具體工程煙氣灰的特性以及反應(yīng)器截面尺寸來確定。 

4　脫硝煙道灰斗

SCR法煙氣脫硝裝置的布置方式根據(jù)反應(yīng)器布置位置的不同, 通常可分為高塵布置與低塵布置,。    高塵布置的SCR反應(yīng)器通常布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間, 受布置空間所限, SCR反應(yīng)器不能直接布置在鍋爐省煤器下(立式鍋爐除外),而是煙氣通過水平煙道引出后再通過上升煙道連接SCR反應(yīng)器, 經(jīng)過脫硝反應(yīng)后再通過SCR反應(yīng)器出口煙道回到空氣預(yù)熱器。

典型高塵布置設(shè)計方式, 在SCR反應(yīng)器入口和出口煙道均需設(shè)計排灰斗(特別是對于高粉塵煙氣), 這樣, 不但可以減小催化劑的磨損, 而且可以減輕空氣預(yù)熱器的堵塞和磨損, 同時也可以減少脫硝還原劑的消耗量, 保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。    在工程建設(shè)中, 為了降低工程造價、簡化系統(tǒng)或受空間限制, 通常取消了SCR反應(yīng)器出、入口的灰斗, 這勢必會導(dǎo)致運行不穩(wěn)定, 并且加大了催化劑的磨損, 加快催化劑的失活。根據(jù)目前國內(nèi)鍋爐燃燒煤質(zhì)多變的特點以及國內(nèi)燃煤發(fā)電機組布置特點, 在SCR反應(yīng)器入口煙道應(yīng)設(shè)計灰斗, 以保護催化劑、提高系統(tǒng)運行的可靠性、減少煙道內(nèi)的磨損和降低運行維護成本。

5　催化劑選型   

目前, 常用于SCR法脫硝的催化劑主要為氧化鈦基催化劑, 其主要成分為TiO2 , V2O5 , WO3 和MoO3 等, 主要有蜂窩式、平板式和波紋板式。   

蜂窩式催化劑為均質(zhì)一次擠出成型, 具有較高的比表面積;平板式催化劑以不銹鋼網(wǎng)格為基材, 浸鍍活性材料, 有較高的耐飛灰磨損性和較低的壓力損失, 抗砷中毒能力強;波紋板式催化劑以強化的玻璃纖維為基材, 浸鍍活性材料, 質(zhì)量小、活性高、抗CaO中毒能力強。    原則上, 不同類型的催化劑均能滿具體項目的各項性能指標(biāo)要求, 但不同類型的催化劑其活性、節(jié)距、比表面積、催化劑體積與阻力等均不相同, 因此, 可以通過比較來選擇一種的催化劑形式與布置方式, 以提高項目的性價比, 降低項目初建與運行成本。   

6　脫硝系統(tǒng)調(diào)試   

脫硝系統(tǒng)調(diào)試是保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性以及能否達到設(shè)計性能保證值重要的工作之一。   

脫硝系統(tǒng)調(diào)試可分為2大部分:還原劑供應(yīng)系統(tǒng)調(diào)試及噴氨系統(tǒng)調(diào)試。還原劑供應(yīng)系統(tǒng)(常用還原劑為液氨,或尿素溶液。本文以液氨為例)主要包含液氨卸載、液氨蒸發(fā)及供應(yīng)、罐區(qū)水噴淋、氨區(qū)消防及廢氣收集排放等子系統(tǒng)。還原劑供應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)試重要的是卸氨前氨管道的氣密性檢查與氮氣置換, 要確保氨管道的氣密性與氮氣置換的性, 調(diào)試的關(guān)鍵是液氨蒸發(fā)系統(tǒng)的運行與控制。 

噴氨系統(tǒng)調(diào)試是脫硝系統(tǒng)調(diào)試為關(guān)鍵和重要的部分, 其不但關(guān)系到脫硝系統(tǒng)性能是否滿足設(shè)計要求, 還關(guān)系到脫硝系統(tǒng)是否能夠優(yōu)化運行。

工程建設(shè)中由于新裝的催化劑活性較高, 脫硝系統(tǒng)運行初期, 即便噴氨裝置沒有優(yōu)化調(diào)整, 通常也能滿足性能要求。由于噴氨系統(tǒng)調(diào)試工作量較大, 脫硝工程往往會忽略噴氨系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)試, 這將嚴重影響脫硝系統(tǒng)的長期運行, 工程建設(shè)中需特別注意。

7　脫硝系統(tǒng)運行與維護管理   

脫硝系統(tǒng)的正確運行與定期維護是保證脫硝裝置正常運行的關(guān)鍵, 目前建設(shè)的脫硝系統(tǒng)自動化水平均較高, 除了還原劑卸載外, 基本可以實現(xiàn)無人值守, 但系統(tǒng)的正確運行、維護與管理非常重要。系統(tǒng)運行期間要特別關(guān)注稀釋風(fēng)量、脫硝效率、氨逃逸量、液氨耗量、催化劑層阻力、空氣預(yù)熱器阻力等參數(shù)的變化, 要按要求定期檢查分析儀表、吹灰器、稀釋風(fēng)機、卸氨壓縮機、催化劑的活性以及氨管道的泄露情況等。