电厂锅炉SCR 烟气脱硝系统设计优化研究

前言：

烟气脱硝系统是电厂工程设备运行的重要组成部分，直接关系电厂运行发展的环境效益与综合效益。在电厂锅炉运行期间，受到煤炭资源燃烧过程中化学反应影响，燃烧产生烟气中蕴含大量氮氧化物，这些氮氧化物被排放至空气中，会对电厂周边环境造成较为严重的污染问题。烟气脱硝系统的应用，可以有效减少电气排放中的氮氧化物含量，因而需要在电厂锅炉设备运行期间加以关注和重视。

一、电厂锅炉烟气脱硝系统运行机制

当前电厂锅炉设备应用的烟气脱硝系统，在实际应用期间，要求事先对存储罐内的液氨进行蒸发处理，让液氨转化为氨气，进而以 0.3MPa 为标准对氨气进行降压，将降压后的氨气运输至脱硫反应器中[1]。在反应器中释放支持对氨气进行稀释处理的气体，在稀释氨气浓度达到标准后，由氨气喷射系统将氨气喷射至反应器的入口烟道位置，依靠喷射作用，让锅炉燃烧期间产生的烟气与处理后的氨气充分混合，向混合气体中投入催化剂，加速烟气中各类氮氧化物与氨气发生化学反应的效率，将氮氧化物还原为水蒸气和氮气，将氮氧化物转化为无害气体，以此来减轻电厂锅炉运行对周边环境质量造成影响。

二、电厂锅炉SCR 烟气脱硝系统的设计优化

在明确电厂锅炉烟气脱硝系统运行原理的前提下，为发挥SCR 技术的作用，具体规划从以下几方面入手，对现有的电厂锅炉烟气脱硝系统进行优化设计：

（一）SCR 催化剂选择

将 SCR 技术融入到电厂锅炉烟气脱硝系统中，要求选择更合适的催化剂类型，确保促进烟气中氮氧化物发生反应，尽可能提升氮氧化物的转化率，缩短烟气与氮气发生还原反应的时间。而考虑催化剂在加入到烟气脱硝系统一段时间后，其本身反应活性会降低，为保证对烟气中氮氧化物的处理效果，要求选择合适的催化剂类型 [2]。当前常用于烟气脱硝的催化剂，以氧化钛基催化剂、氧化铁基催化剂、沸石催化剂、活性炭催化剂为代表。以氧化钛基催化剂为例，氧化钛基催化剂以活性 Ti0₂ 为主，向其中添加 1%-5% 的 V₂O₅ 金属氧化物、 W0₃ 以及其他一些组分，不仅可以提升催化剂的活性，也可以提高催化剂的抗断裂和抗磨损性能。这类催化剂需要依据烟气中二氧化硫的含量来确定，若电厂锅炉燃烧应用的煤炭类型为高硫煤，为控制烟气转化过程中二氧化硫与氨气发生的反应，需要将 V₂0₅ 控制在 2% 以内，确保在获得更高推销效率的同时，也可以控制二氧化硫的转化率。

确定实际的催化剂类型后，要求在 SCR 反应塔中布置 2-4 层催化剂，且反应塔顶部或底部需要预留 1-2 层的备用层空间，作为延长催化剂更换周期的依据，但容易导致阴道阻力损失增大。

（二）反应器优化设计

对烟气脱硝系统中反应器装置的优化设计，主要围绕锅炉高温侧高飞灰烟气段、高温侧低飞灰烟气段、低温侧低飞灰烟气段进行改造。以高温测高飞灰烟气段为例，这一部分的反应器主要设置在省煤器的出口后方，空气预热器的入口前方。在电厂锅炉排放烟气时，烟气从省煤器进入到预热器过程中的温度会控制在 300-400^∘C 之间，这种温度条件为催化器的选择与应用提供了良好的条件，应选择不易被杂质附着的催化剂，并适当降低烟气流速，减少烟气与催化剂之间的摩擦，从而提升催化剂的耐磨能力。且在这种装置设置下，在进入反应器前，烟气无需经过多次重新加热，可以简化烟气脱硝流程，控制烟气脱硝处理的成本。

（三）烟气旁路系统优化设计

基于保持催化剂温度始终在适宜状态下的目的，除对反应器本身进行优化设计外，也可以在省煤气与空气预热器的中间位置布置烟气旁路，用于控制SCR 入口处的温度，确保锅炉始终在低负荷的条件下运行，且维持反应塔内部燃气温度始终超过硫酸氢铵的凝结温度，预防催化剂应用期间可能产生的腐蚀和堵塞问题。此外，考虑在电厂锅炉运行期间，出现启动和关闭频率较高情况时，也可以设置烟气旁路系统，确保SCR 处于停运状态时，可以有效缩短开启时间。在设置烟气旁路时，需要在反应塔入口和出口的烟气管道上，安装符合管道长度的隔断挡板，便于后续对整体装置进行检修，从而确保锅炉始终处于安全稳定的运行状态。

（四）供氨与喷氨系统优化设计

供氨与喷氨系统也是电厂锅炉烟气脱硝系统的重要组成部分，在对这一部分系统进行优化设计时，要求重点考虑锅炉燃烧产生的烟气中，各类杂质与飞灰可能导致 SCR 装置出现腐蚀或堵塞的问题，基于确保烟气均匀进入 SCR 反应器的目的，需要设置烟气导流挡板与均流装置，控制反应塔入口烟气温度、速度以及氮氧化物浓度均呈现出均匀分布的状态。在检测明确装置内部氮氧化物以及烟气速度分布情况后，还可以设计覆盖整个烟道截面的网格型多组喷嘴，确保将氨气以均匀形式喷射到排放烟气中。而基于控制喷氨量的目的，也要求同步设置多组阀门，确保对各组喷嘴进行单独控制。

结论：综上所述，对 SCR 烟气脱硝系统的优化设计，需要建立在明确电厂锅炉设备运行情况的基础上。考虑烟气脱硝系统运行质量，主要受到系统整体运行控制、烟气温度与流速的影响，在以 SCR 技术对烟气脱硝系统进行优化设计时，应选择更合适的 SCR 催化剂类型，并重点围绕烟气脱硝系统中涉及到的反应器、烟气旁路系统以及供氨与喷氨系统设计布局情况进行优化，以此提升系统脱硝质量水平与效率。

参考文献：

[1] 朱世明 . 关于 SCR 烟气脱硝系统安装与维护的分析 [J]. 中国高新科技 ,2024,(21):135-137.

[2] 王慧贤 . 节能减排背景下火电厂 SCR 烟气脱硝系统设计与应用 [J]. 能源与节能 ,2024,(10):56-59.