摘要：我國(guó)燃煤電廠每年氮氧化物排放量巨大，需要對(duì)氮氧化物的排放實(shí)施嚴(yán)格控制。本文提出了對(duì)燃煤電廠 SCR 和 SNCR 兩種脫硝工藝的現(xiàn)場(chǎng)核查方法。通過(guò)嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)核查，督促企業(yè)正常穩(wěn)定運(yùn)行脫硝設(shè)施，充分發(fā)揮對(duì)氮氧化物的削減作用。
我國(guó)的電力供應(yīng)主要以煤電為主，2015 年煤電發(fā)電量 42686.5 億千瓦時(shí)，占全社會(huì)發(fā)電量的 75.6%，消耗燃煤 18.45 億噸，占煤炭消耗總量的 44.8%。按照 4 千克 / 噸煤的氮氧化物產(chǎn)生經(jīng)驗(yàn)系數(shù)計(jì)算，煤電會(huì)產(chǎn)生 738 萬(wàn)噸的氮氧化物，如果不進(jìn)行控制，將對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生非常巨大的影響。為了解決燃煤電廠氮氧化物排放對(duì)環(huán)境的不良影響，我國(guó)在“十二五”期間大力推進(jìn)燃煤機(jī)組脫硝設(shè)施的建設(shè)工作，截至2015 年底，**已投運(yùn)脫硝機(jī)組 8.3 億千瓦，占全部火電裝機(jī)的 92%，對(duì)于削減氮氧化物排放量、減輕電廠燃煤排放氮氧化物對(duì)環(huán)境的影響發(fā)揮了巨大的作用。
但是，由于受建設(shè)和運(yùn)行管理水平以及一些主觀原因的限值，部分燃煤機(jī)組脫硝設(shè)施不能正常穩(wěn)定運(yùn)行，甚至存在弄虛作假的行為，未能真正起到脫硝設(shè)施減排氮氧化物的目的。因此，加強(qiáng)對(duì)燃煤電廠脫硝設(shè)施運(yùn)行的現(xiàn)場(chǎng)核查和監(jiān)管，對(duì)于提高燃煤電廠對(duì)脫硝設(shè)施的認(rèn)知程度、幫助企業(yè)提高運(yùn)行管理水平，真正發(fā)揮脫硝設(shè)施的減排治污效果作用巨大。
1 脫硝設(shè)施的基本運(yùn)行原理
現(xiàn)在較為常見(jiàn)的脫硝工藝主要有選擇性催化還原工藝（Selective Catalytic Reduction，SCR） 和選擇性非催化還原工藝（selectivenoncatalytic reduction，SNCR），還有部分企業(yè)采用 SCR+SNCR 的聯(lián)用技術(shù)，少數(shù)特殊行業(yè)還有采用活性焦脫硝、還原性氣體（CO、CH4 等）脫硝等工藝。本文主要介紹 SCR 和 SNCR 脫硝工藝的核查技術(shù)。
SCR 和 SNCR 脫硝過(guò)程中主要的化學(xué)反映相同：
4**+4NH3+O2 → 4N2+6H2O2**2+4NH3+O2 → 3N2+6H2O
在把氮氧化物還原為 N2 的過(guò)程中，需要 NH3（g）作為還原劑來(lái)參與反映。SCR 和 SNCR 脫硝工藝的共同點(diǎn)是均可采用液氨、尿素作為脫硝還原劑。采用液氨作為還原劑時(shí)，需要有液氨蒸發(fā)裝置，將液氨氣化為氣態(tài)氨；采用尿素作為還原劑時(shí)，需要有尿素?zé)峤庋b置，使尿素發(fā)生如下的分解反映產(chǎn)生氨氣：
CO(NH2)2 → NH3+HNCO
HNCO+H2O → NH3+CO2
SCR 和 SNCR 的不同之處在于：SCR 發(fā)生上述氮氧化物還原反映是在 300-400℃的溫度區(qū)間內(nèi)，需要含有鉬、鎢等過(guò)度金屬氧化物的鈦基催化劑對(duì)反映進(jìn)行催化才能發(fā)生；SNCR 發(fā)生上述氮氧化物還原反映不需要催化劑的參與，但是反映需要在 900-1000℃下才能發(fā)生。結(jié)合我國(guó)燃煤電廠通常采用的鍋爐類(lèi)型，SCR 脫硝工藝通常應(yīng)用在煤粉鍋爐機(jī)組上，SNCR 脫硝工藝通常應(yīng)用在循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組上。
2 現(xiàn)場(chǎng)核查的技術(shù)要點(diǎn)
根據(jù)以上所述的脫硝工藝，可以分工段、分類(lèi)對(duì)兩種脫硝設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查。
2.1 還原劑制備系統(tǒng)的核查
2.1.1 液氨蒸發(fā)系統(tǒng)的核查
采用液氨作為還原劑的燃煤電廠，通常設(shè)置兩個(gè)液氨儲(chǔ)罐來(lái)存儲(chǔ)液氨，一備一用或者兩個(gè)同時(shí)使用，視機(jī)組數(shù)量和機(jī)組負(fù)荷而定。液氨儲(chǔ)罐上通常會(huì)有兩套液位計(jì)，一套為就地查看的高壓磁翻板液位計(jì)，一套為上傳電信號(hào)的壓差式液位計(jì)。常見(jiàn)的問(wèn)題是高壓磁翻板液位計(jì)由于故障或管內(nèi)氨氣壓力的作用，不能正常讀取液位水平。要求企業(yè)使用磁鐵性物質(zhì)從上到下將高壓磁翻板液位計(jì)逐個(gè)刷掃，以使回復(fù)正常顯示，如不能回復(fù)，則必須在液氨儲(chǔ)罐騰空時(shí)加以修復(fù)。
液氨從儲(chǔ)罐引出，進(jìn)入液氨蒸發(fā)車(chē)間。液氨蒸發(fā)車(chē)間主要檢查氨氣壓力是否在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)，車(chē)間內(nèi)有無(wú)氨氣泄漏。液氨汽化后進(jìn)入緩沖罐，供脫硝系統(tǒng)使用，從氨氣緩沖罐接出的氨氣輸送壓力正常值為0.1Mpa 左右，可以讀取就地壓力計(jì)進(jìn)行檢查。液氨蒸發(fā)車(chē)間內(nèi)應(yīng)無(wú)明顯可嗅到氨刺激性氣味，否則判斷存在漏點(diǎn)，要求企業(yè)必須進(jìn)行排查整改。
液氨蒸發(fā)器通常為蒸汽加熱，加熱溫度為 160℃左右?？梢詸z查蒸汽輸送管線是否正常發(fā)熱。在液氨站控制室內(nèi)，可以調(diào)取就地各種參數(shù)進(jìn)行查閱，如液氨罐的液位水平，正常應(yīng)該隨著液氨的使用逐步下降，在向罐內(nèi)沖裝液氨后，液位恢復(fù)到高位。同時(shí)比對(duì)液氨卸車(chē)紙質(zhì)記錄，應(yīng)與氨罐液位變化相吻合。
2.1.2 尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的核查
尿素作為還原劑的，需要將尿素配置為 50% 左右的飽和溶液，再進(jìn)行熱解。正常情況下，尿素溶液儲(chǔ)罐的溫度保持在 45-55℃，以防止尿素析出結(jié)晶，堵塞管路。尿素?zé)峤鉁囟纫话阍?450-600℃，熱解產(chǎn)生的氨氣在緩沖罐內(nèi)儲(chǔ)存以供使用，從氨氣緩沖罐接出的氨氣輸送壓力正常值為 0.1Mpa 左右，可以讀取就地壓力計(jì)進(jìn)行檢查。
2.2 脫硝反映區(qū)的檢查
2.2.1 SCR 脫硝反映區(qū)的檢查
通常采用 SCR 脫硝工藝的機(jī)組，將鍋爐省煤器出口的煙氣分為兩部分，分別設(shè)置一臺(tái)反映器，內(nèi)填裝催化劑，在催化劑上層噴入氨氣，在催化劑表面發(fā)生脫硝反映。
*一檢查部分表征參數(shù)的狀態(tài)。反映器入口處的煙氣溫度應(yīng)為 300-400℃，如溫度低于此溫度，脫硝反映無(wú)法發(fā)生；反映器出入口的壓差應(yīng)不大于 1000Pa，否則催化劑積灰堵塞嚴(yán)重，影響反映效率；反映器出口處的未能完全反映的氨氣濃度應(yīng)不大于 3ppm，不能長(zhǎng)期顯示為一恒值或者為 0，否則判斷為氨逃逸監(jiān)測(cè)儀器故障或測(cè)點(diǎn)選取不合適，大于 3ppm 可能會(huì)有安全風(fēng)險(xiǎn)。
*二對(duì)氮氧化物濃度、煙氣量、噴氨量等數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。校核公式為：
A=M/0.017 （式 2.1）
B=V*（C,in-C,out）/46000 ( 式 2.2)
M=A/B （式 2.3）
注：M 為反映器噴入 NH3 的質(zhì)量流量，單位為 kg/H
V 為反映器煙氣流量，單位為 Nm3/H
C,in 為反映器入口處監(jiān)測(cè)氮氧化物濃度，單位為 mg/m3
C,out 為反映器出口處監(jiān)測(cè)氮氧化物濃度，單位為 mg/m3
采用公式 2.3 對(duì)反映器的氮氧化物濃度、煙氣量、噴氨量進(jìn)行校核，正常情況下 M 值應(yīng)在 0.8-1 之間，如果超出此范圍，可能是有關(guān)表記測(cè)量不準(zhǔn)確，或者是脫硝設(shè)施運(yùn)行弄虛作假。
*三進(jìn)行脫硝反映器運(yùn)行調(diào)整試驗(yàn)，考察氮氧化物濃度的變化情況。做法為選擇一側(cè)或者兩側(cè)反映器，停止氨氣的噴入，大約經(jīng)過(guò) 3-5 分鐘的延遲后，反映器出口處的氮氧化物濃度將和入口處的氮氧化物濃度趨于一致，如不能趨于一致，則可能是在線監(jiān)測(cè)設(shè)備故障或監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選擇不合適。需要進(jìn)一步核實(shí)脫硝設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù)加以佐證。
2.2.2 SNCR 脫硝反映區(qū)的檢查
SNCR 脫硝工藝由于不存在嚴(yán)格意義上的反映區(qū)，通常將噴氨格柵后的一段煙道近似認(rèn)為是脫硝反映區(qū)。噴氨處的煙氣溫度應(yīng)該在 900℃以上。由于不具備安裝未脫硝前的氮氧化物濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的條件，未脫硝的氮氧化物濃度只能通過(guò)停止噴氨后煙囪處的監(jiān)測(cè)濃度得到。因此，用脫硝系統(tǒng)噴氨和不噴氨時(shí)的氮氧化物濃度值進(jìn)行校核，正常情況下 M 值在 0.9-1.1 之間。
B=V*（C0-CNH3）/46000 ( 式 2.4)
注：C0 為不噴氨時(shí)煙囪處氮氧化物濃度，單位為 mg/m3
CNH3 為噴氨時(shí)煙囪處氮氧化物濃度，單位為 mg/m3
3 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上的現(xiàn)場(chǎng)核查方法，基本了解企業(yè)脫硝設(shè)施運(yùn)行的情況，能夠找出存在的問(wèn)題，給企業(yè)提出具體的整改要求。進(jìn)一步促進(jìn)燃煤電廠提高脫硝設(shè)施的運(yùn)行水平，強(qiáng)化氮氧化物減排效果。