SCR脱硝技术在燃气一蒸汽联合循环 发电机组中的应用
周金华，靳江波，马德海
（北京京西燃气热电有限公司，北京100041）
摘要：对SCR脱硝技术进行了介绍，对燃气一蒸汽联合循环发电机组如何合理选用脱硝技术做了分析和探讨.
关键词：燃气轮机；联合循环；余热锅炉；SCR；脱硝
中图分类号：TK229.4文献标志码：B文章编号：1009-3230（2017)04-0022-03
DesignandApplications ofSCRDenitrificationTechnologyinCCPP
ZHOU Jjin hua JIN Jiang bo MA De hai (Beijing Energy Investment Holding Co. Ltd Beijing 100041 China)
Abstract; This paper introduces SCR denitrification technology and analyses and discusses how toselect reasonable of it which used in CCPP.
Key words: Gas turbine; Combined cyele; Waste heat boiler; SCR; Denitrification
30mg/Nm的要求，因此需在余热锅炉上进一步 以内，满足国标要求，但不能满足北京市地标配置脱硝装置.
0引言
在《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中.燃气轮机发电机组的烟尘排放浓度Nm²，NOx排放浓度限值为50mg/Nm².在此基 限值为5mg/Nm²，S0.排放浓度限值为35mg/础上，北京市环保局于2011年11月23日发布了地方标准《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》（DB11/847-2011)，规定烟尘排放浓度限值为5mg/Nm²，S0排放浓度限值为20mg/Nm²，NOx排放浓度限值为30mg/Nm².
1SCR脱硝技术筒介
1.1脱硝原理
SCR脱硝技术的原理是烟气中的NOx（包括NO和NO）与还原剂（如氨水、液氨或尿素等）反应，生成N和HO，主要反应式如下：
北京京西燃气热电公司新建设3台由西门子SGTS-4000F（4）燃气轮机组成的1套“二拖产机组，每台燃气轮机配备一台UG-SCC5- 一”和1套”一拖一”燃气一蒸汽联合循环热电联4000F-R型立式余热锅炉.燃气轮机采用低氮燃烧技术，将排放的烟气NOx控制在50mg/Nm
以上反应在自然状态下不会发生，面是要在合适的温度（260~420℃），并且在催化剂的作用下才会进行，以V0催化剂为例，其反应机理如图1所示.
脱硝反应主要包括酸碱平衡和氧化还原催化功能.反应由布洛酸位（V"-OH）上的氨吸附开始，接着是通过氧化还原反应位（V=0）“激活”氨.氨的“活化”形式与气态或微弱吸附的NO反应，生成氮和水，同时释放V*-OH.要完
图2平板式、蜂窝式和波纹板式三种催化剂的外观比较
者波纹板式催化剂.
图1使用五氧化二银催化剂进行脱确反应的催化反应额环
1.3脱硝还原剂
成这一催化反应循环，V*-OH种类需要或与NO、或与O发生氧化作用，以重新生成最初的V=0种类[2].
目前常用的工业脱硝还原剂主要有液氨、尿素以及氨水（20%）等三种.
1.3.1脱硝还原剂制氨工艺
1.2脱硝催化剂
1.3.1.1液氨
锈钢、氧化铝陶瓷以及纤维等，按活性物质分有 脱硝催化剂种类繁多，按基材分有钛、铁、不VO、WO以及MoO等.由于脱硝效率和生产成MoO/TiO等）.
本上具有较大优势，目前绝大多数工业脱硝催化剂均采用了钒钛基催化剂（主要有V2O/TiO、VO/TiO-SiO、VO-WO/TiO以及VO -
流程如下： 采用液氨作为还原剂，制氨工艺为液氨气化，
利用卸料压缩机将液氨由槽车输人液氨储罐内，将储罐中的液氨输送到液氨蒸发槽内蒸发为氨气，经氨气缓冲槽来控制供氨的压力恒定，氨气流量由炉前喷氨流量调节阀控制；氨气与稀释空气在混合器中混合均匀后，再通过氨喷射系统喷人烟气中.
式等三种. 催化剂按型式分有平板式、蜂窝式和波纹板
主要设备包括卸料压缩机、液氨储罐（不少于两个罐）、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽、氨气稀释槽和稀释风机等.
平板式催化剂是将活性成分镀在金属骨架上而成.相比之下，平板式催化剂机械强度较高，但是有效面积小，且存在活性镀层易磨损甚至脱落的缺点，目前较少使用.
1.3.1.2尿素
采用尿素作为还原剂，制氨工艺有热解和水解两种.
蜂窝式催化剂是将TiO与其他活性成分与陶瓷原料结合，混合均匀后模压成蜂窝状单元，然 后组装成模块.因为蜂窝式催化剂的有效表面积大，达到相同效果所需的催化剂量最少，因此其使用范围最广，生产厂家也最多.
（1）尿素热解
尿素热解工艺流程如下：
将尿素颗粒输送到溶解罐里，用除盐水将干尿素溶解成50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液混合泵输送到尿索溶液储罐.尿素溶液经由循环泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进人热解炉 内分解，生成NH、HO和CO，与热空气混合均匀后喷入烟气.
波纹板式催化剂采用纤维制作骨架，将活性成分浸渍在纤维骨架中面成.其有效表面积较平板式催化剂要大，但是小于蜂窝式催化剂.由于其采用了纤维作为骨架，因此单位体积重量小，加 上一个金属外壳后，既解决了纤维骨架强度不足的问题，又保留了单位重量小的优点，近年来，波纹板式催化剂有了较多应用.目前，生产波纹板式催化剂的主要是托普索公司.
主要设备包括尿素仓库、尿素溶解罐、尿素溶液储罐、尿素溶液混合泵、尿索热解炉和电加热器等.
（2）尿素水解
尿素水解工艺流程如下：
由于燃气轮机余热锅炉结构紧，内部空间小，选用催化剂时应主要考虑钒基的蜂窝式或
将尿素颗粒加人溶解槽并注人去离子水配制
成指定浓度的溶液，配制好的溶液经过水解器进料泵持续注人水解器中，由水解器的蒸汽供应量控制水解器的压力，同时由进料泵的流量控制水解器的液位，使水解器内保持平衡状态，生成NH 、HO和CO，与空气混合均匀后喷人烟气.
主要设备包括尿素仓库、尿素溶解槽、水解器、水解器进料泵和蒸汽加热器等.
1.3.1.3氨水（20%）
采用氨水（20%）作为还原剂，工艺流程如下：
加氨泵输送到蒸发器，在蒸发器中利用压缩空气 利用卸氨泵将氨水（20%）卸至氨水储罐，经将氨水雾化，再经热烟气蒸发后送人烟气系统.
主要设备包括卸氨泵、氨水储罐、加氨泵、蒸发器和稀释风机等.
1.3.2三种还原剂的安全性对比
液氨和氨水（20%）均属危险品，其中液氨更是有毒、易燃易爆危险品，在运输、储存过程中均 存在一定的安全风险，尿素和氨水（20%）属普通化学原料，在运输和储存过程中不存在安全风险.尿素热解后的氨气直接进人SCR反应器，无需存储，水解后的氨气还要经现场存储罐后进人SCR反应器，易发生氨气泄漏情况.氨水（20%）对储存条件要求较高，如果储存设施密封不严，也会发 生氨气泄漏情况.相比较面言，尿素热解的安全性最好，其次是尿索水解，再次是氨水（20%），安全性最差的是液氨气化.
1.3.3三种还原剂的可靠性对比
液氨气化、尿素热解和氨水（20%）蒸发的制度极快，负荷跟随时间极短，面尿素水解回流需 氨时间基本为实时，潜后时间小于10秒，反应速60分钟以上，即使降低尿素溶液浓度、增加压力和温度，分解时间也至少需要30分钟，负荷跟随时间较长.因此，液氨气化、尿素热解和氨水（20%）蒸发工艺的可靠性较高，尿素水解工艺的可靠性略低.
1.3.4三种还原剂的经济性对比
液氨气化制氨工艺初投资成本和年运行费用均最低，以液氨为基准，氨水（20%）的初投资成本约为1.3，尿素热解工艺的初投资成本约为1.25，尿素水解的初投资成本约为1.2.同样以
液氨为基准，氨水（20%）的运行成本约为1.4，尿素热解工艺的运行成本约为1.7，尿素水解的运行成本约为1.6.
2 SCR脱硝技术的应用
2.1技术参数及性能指标
表1 SCR授硝系统技术参数及性能指标
项目名称 单位 （单台炉）入口处 N0x 含量(15% 0 ) 烟气质量流量 ke Ppe 745.36 34维化剂压损 Pa 400N / NOs mol/mol 1/16°0氨水耗量（20%浓度） NO脱除率 vb % 0.173 ≥85出口NO浓度（15%0，标本，干基） mg/Nm? ≤7.38出口NH 浓度（15%02 标态，干基） PPm ③化制寿命 喷牵数量 h 40个/m² 0001催化型式 蜂窝式化剂层数 1催化剂活性器度范围 化孔径或问题 mm ℃ 260 ~430 3.1张化列基材 陶瓷催化剂活性物质 V0y（-缺)催化剂烟气流速 催化剂体积 M3 54.2 4.6储氨水容积 m²/碳 100发器压缩空气 数量 N'/b 台 110 1蒸发能力 kg/b 300烟气流量 Ne/b 0000个 组合件希释风机扬程/流量 kPv/Nn²/h 8/10:000
2.2氨耗量随NOX浓度变化的修正曲线（注：随 NOx浓度变化的修正曲线是基于纯氨的）
2.3SCR脱硝技术方案
喷射方向沿烟气走向，喷氨格栅与催化剂之间保持足够的距离，以便氨气与烟气能够充分、均匀地混合.
UG-SCC5-4000F-R型立式余热锅炉中，燃气轮机排气沿烟气通道至烟肉排出，依次经过高压过热器2/再热器2→高压过热器1/再热器1 →高压蒸发器一中压过热器/高压省煤器2→中压蒸发器/高压省煤器1一低压过热器→低压蒸发器一低压省煤器等受热面设备，在高压蒸发器与中压过热器/高压省煤器2之间，烟气温度为330℃左右，钒钛基催化剂的最佳运行温度区间（260~400°℃），最适合脱硝催化剂及喷氨格栅层的布置，SCR脱硝装置即布置于此.
2.4运行曲线
托索普公司的高效波纹式催化剂，催化剂高度仅 根据余热锅炉内部空间紧凑的情况，采用了450mm，全炉催化剂总重量53m”.
3结束语
在当前严峻的环保形势下，在大型城市等人口密集区域建设燃气一蒸汽联合循环发电机组取代燃煤机组是大势所趋，面脱硝装置将是燃气一蒸汽联合循环发电机组的标准配置.
为减少烟气短路现象，在催化剂与支撑梁之间采用背胶纤维带进行密封.考虑到余热锅炉为内保温设计，炉墙内保温护板与催化剂支撑梁之间存在间隙，特在炉墙内保温护板与催化剂支撑梁之间设计了接触式弹性烟气挡板，既减少间隙，又保证了炉墙与催化剂支撑梁之间可以自由膨胀.
SCR脱硝技术在京西燃气热电燃气一蒸汽联合循环发电机组中的成功应用，表明在燃气轮机 中使用SCR脱硝技术完全能够满足目前最严格的环保标准，在新建或者改建燃气电厂时，可考虑采用，至于对还原剂、催化剂等具体方案的选择，应结合国家、行业、地方环保标准以及项目的实际情况综合考虑.
从安全性、可靠性以及经济性考虑，采用氨水（20%）作为还原剂.根据化学反应平衡理论，1 mol的NO需要1mol的NH，来脱除，NH 量不足会导致NOx的脱除效率降低，但NH过量又会带来NH逃逸率过高，造成对环境的二次污染，在工程实际中，一般NH/NO的值控制在0.8~1.2的范围内比较合适.本项目氨水（20%）耗量设计 为170kg/h，既保证脱硝效率，又控制氨逃逸率在3%以下.
参考文献
[1]王五清，王旭，贺元启.燃气电厂脱硝技术方囊的 选择与分析[J].华北电力技术，2013[2]崔有贵，杨志忠，叶茂，等，大型燃气一蒸汽联合循环发电机组余热锅炉SCR脱确技术及应用[J].东方锅炉，2/2013.[3]邹鹏，熊志波，韩奎华，等，机SCR脱确催化剂 低温研究进展[J].电力科技与环保，2011.[4]谢永别，程慧.火电厂SCR脱确还原剂的选择与比较[J].电力科技与环保，2010.[5]示园园，萬国贤，燃气一英汽联合循环发电厂的儿个环保问题[J].电力科技与环保，2013.
设置两台脱硝风机，一运一备，从锅炉本身引接热烟气作为氨水蒸发热源，降低运行能耗.氨水在通过喷枪在蒸发槽内雾化，在热烟气作用下蒸发成氨气，喷射到余热锅炉内.氨喷射系统采用多喷嘴格栅，喷嘴在断面上均匀分布，
