SCR脫硝的基本原理是:氮氧化物在催化劑作用下,在一定溫度條件(一般為250～450℃)時被還原劑(一般選擇用NH3)還原為無害的氮氣和水,“選擇性”是指氨有選擇地進(jìn)行還原反應(yīng),在這里它只選擇還原NOx。對于在脫硝設(shè)計前,主機系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計和安裝完畢的機組,由于安裝脫硝系統(tǒng)后,會對原機組的運行造成一些不利影響。為了主機及脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行,對原機組進(jìn)行適當(dāng)改造[6],并在運行操作上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
1、SCR煙氣脫硝系統(tǒng)對空預(yù)器的影響SCR煙氣脫硝裝置由于催化劑的存在,在SCR脫硝反應(yīng)器中發(fā)生大量的化學(xué)反應(yīng),對再生式空預(yù)器產(chǎn)生影響的主要是生成的硫酸氫銨。煙氣中部分SO2被催化氧化為SO3,從脫硝反應(yīng)器逃逸的部分氨與煙氣中的SO3和H2O反應(yīng)生成硫酸氫銨,增加了空預(yù)器堵塞和腐蝕的風(fēng)險[7]。當(dāng)NH3與SO3的比例超過2:1時,就會生成硫酸銨,即使脫硝裝置設(shè)計時采取措施減小氨的逃逸率,結(jié)垢還是經(jīng)常發(fā)生。原因是負(fù)荷瞬變期間,氣流層化、氨或NOx分布不當(dāng)、系統(tǒng)控制故障或催化劑效果降低等引起氨的逃逸率上升[8]。硫酸氫銨牢固粘附在空預(yù)器蓄熱元件的表面上,使蓄熱元件發(fā)生積灰。這些沉積物將減小空預(yù)器內(nèi)流通截面積,從而引起空預(yù)器阻力的增加,同時降低空預(yù)器換熱元件的效率。經(jīng)驗表明,傳統(tǒng)的再生式空預(yù)器對硫酸氫銨結(jié)垢的反應(yīng)非常敏感。處于脫硝反應(yīng)器下游的空預(yù)器除非采用適當(dāng)?shù)拇胧?否則會因空預(yù)器沖洗而降低鍋爐機組的可用率。常規(guī)空氣預(yù)熱器冷端腐蝕區(qū)僅在冷端100～200mm的范圍內(nèi),在增加了SO3轉(zhuǎn)化率后,硫酸露點通常上升5～10℃,預(yù)熱器冷端受硫酸腐蝕區(qū)范圍將上升到250～450mm,原有空氣預(yù)熱器的冷段高度就顯得不夠了。
為不影響機組的正常運行,就對空氣預(yù)熱器進(jìn)行改造。一般改造主要包括空預(yù)器換熱元件的更換(如用搪瓷鍍層換熱元件代替普通碳鋼或低合金鋼換熱元件。實際經(jīng)驗證明采用搪瓷鍍層換熱元件后硫酸氫銨的結(jié)垢速率明顯降低。氨逃逸率為3.3ppm時,搪瓷鍍層換熱元件表面的結(jié)垢只有非搪瓷鍍層換熱元件的15%;氨選逸率為0.7ppm時,搪瓷鍍層換熱元件表面的結(jié)垢只有非搪瓷鍍層換熱元件的25%),密封系統(tǒng)的改造,預(yù)熱器隔倉和隔板的改造等?？疹A(yù)器除采用蒸汽吹灰外,還需增加高壓水沖洗系統(tǒng)。在鍋爐BMCR工況下,省煤器出口煙氣流速通常為10m/s,省煤器灰斗除灰占總灰量的5%,而SCR反應(yīng)器內(nèi)煙氣流速約為4～6m/s,勢必形成一定程度的積灰。
為SCR催化劑的催化效果,在SCR內(nèi)配置的吹灰器將會把積灰吹入空預(yù)器,在空預(yù)器內(nèi)會形成堵灰。此外,加裝SCR脫硝裝置后,空預(yù)器段煙氣負(fù)壓增加較多,漏風(fēng)壓差增加,通?？疹A(yù)器漏風(fēng)率增加0.8%～1.5%。
2、SCR煙氣脫硝系統(tǒng)對引風(fēng)機的影響對于已有機組加裝煙氣脫硝的系統(tǒng)來說,由于煙道阻力損失、SCR脫硝裝置阻力損失和空預(yù)器阻力損失增大,造成引風(fēng)機壓頭增大。SCR脫硝裝置反應(yīng)器和增加的煙道使鍋爐煙氣側(cè)阻力增加,從而增加引風(fēng)機的功率和電耗。對于在役鍋爐,由于設(shè)備空間和場地條件的限制,反應(yīng)器無法布置在鍋爐附近,因采用SCR脫硝裝置而增加的煙氣阻力有可能超出原有引風(fēng)機的容量裕度,這時,增加引風(fēng)機的容量。
SCR脫硝裝置產(chǎn)生的煙氣阻力包括煙氣在煙道中的沿程阻力、局部阻力和催化劑本身的阻力。催化劑在反應(yīng)器中采用分層布置(一般為2～3層),對于反應(yīng)器中典型的設(shè)計煙氣流速4～6m/s和標(biāo)準(zhǔn)尺寸的催化劑模件,每層催化劑的煙氣阻力約為200Pa。采用SCR脫硝裝置,煙氣側(cè)阻力增加約為1000Pa,引風(fēng)機裕度可能無法滿足要求而被迫改造。
3、SCR煙氣脫硝系統(tǒng)對鍋爐熱效率的影響由于SCR脫硝裝置反應(yīng)器面積很大,而且連接煙道較長,增大了系統(tǒng)的散熱面積,使鍋爐的散熱損失增加。現(xiàn)有機組加裝SCR脫硝系統(tǒng),由于反應(yīng)器無法布置在鍋爐附近,甚至需要布置在鍋爐廠房外,煙道需要加長,散熱損失將增加較多。經(jīng)計算,當(dāng)采用厚度為100m硅酸鋁保溫材料保溫時,煙氣流過反應(yīng)器和煙道的溫降為8℃,鍋爐熱效率約降低0.3%。此外,由于SO2的氧化,煙氣中SO3的濃度大大增加,特別是對于燃燒高硫煤的電廠來說,這一問題更為。
通常，煙氣經(jīng)過SCR后,SO3的濃度會增加近一倍,致使煙氣結(jié)露溫度大大提升(煙氣中水汽本身的結(jié)露溫度是很低的,一般約在30～60℃,但煙氣中只要有0.005%的三氧化硫,煙氣結(jié)露溫度即可高達(dá)150℃以上)。如果繼續(xù)維持原有排煙溫度運行,SCR反應(yīng)器和空氣預(yù)熱器以及在布袋除塵器的布袋表面(如采用布袋除塵器),都會出現(xiàn)不同程度的結(jié)露現(xiàn)象。
煙氣經(jīng)過后,粉塵就會粘附在上述結(jié)露的表面上,出現(xiàn)嚴(yán)重的堵灰現(xiàn)象。酸液會使積灰累積硬化,降低空預(yù)器等換熱元件的傳熱效率。為了緩解結(jié)露,機組運行被迫維持更高的排煙溫度,使大量熱能無效地從煙囪流失,大大降低了鍋爐熱效率,當(dāng)機組處于較低負(fù)荷運行時,維持排煙溫度更加困難。對于低灰布置的脫硝系統(tǒng),雖然上述積灰現(xiàn)象會有所減輕,但為了使進(jìn)入SCR反應(yīng)器的煙氣溫度達(dá)到催化劑需要的反應(yīng)溫度,SCR還要增加一個換熱裝置來提高煙氣溫度,同樣會影響到鍋爐的熱效率。而無論制氨系統(tǒng)采用液氨加熱揮發(fā)還是高溫?zé)峤饽蛩叵到y(tǒng),也都需要消耗大量的熱量,影響鍋爐熱效率。
4、SCR煙氣脫硝系統(tǒng)對煙氣污染物成份的影響由于催化劑的存在,NH3噴入煙氣后,在發(fā)生正?；瘜W(xué)反應(yīng)脫除煙氣中的NO2和NO的同時,也會發(fā)生其它一些副反應(yīng)。

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