引言NOx是可以造成酸雨、对人体呼吸系统有害的大气污染物。选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝技术具有成熟、高效等优点，通过向烟气中喷入还原剂氨，在合适的反应器温度(300~400 ℃)以及催化剂条件下，与烟气中的NOx发生反应，生成N2和H2O，实现NOx的脱除[1]。《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014~2020年)》提出，部分机组的NOx排放量需低于50 mg/m3。这对SCR脱硝系统的高效稳定运行提出更高的要求，需要整体提升SCR脱硝系统的性能，保证NOx稳定达标排放，避免NOx瞬时超标导致的环保风险以及过喷氨导致的氨逃逸过高，进而导致下游设备硫酸氢铵结垢堵塞。因此，及时找到目前SCR脱硝系统存在的问题，并对其进行优化，保证SCR脱硝系统保持高性能运行状态具有重要意义。1SCR脱硝系统运行现状1.1在线测点不准、不具有代表性脱硝出口NOx测量值的准确性对喷氨量的控制具有重要影响。在实际运行中，由于取样探头堵塞、取样管路漏气、冷凝器故障、烟气分析仪故障等原因造成测试结果不准确。脱硝出口烟道截面积大，出口处NOx浓度沿截面分布不均匀。目前，脱硝出口在线测点多为单点取样，抽取样气中的NOx浓度不能代表整个烟道截面中NOx的平均浓度，测试结果不具有代表性。在线测点的不准确、不具有代表性导致基于此进行的喷氨量控制失去参考依据，导致喷氨过度或喷氨不足等现象发生，对脱硝的控制产生不利影响，增加了运行的经济成本和环保压力。1.2烟气流场不均匀目前，煤电机组脱硝反应器普遍存在烟气流场分布不均匀的现象，会导致反应器最上层催化剂前烟道截面的烟气速度分布不均匀、氨氮混合不均匀，进而导致催化剂的冲刷、磨损和脱硝效率的降低、氨逃逸增加等问题。烟气流速过高的区域，烟气流经催化剂的时间变短，导致反应时间变短、脱硝效率降低，同时烟气飞灰对该处催化剂的冲刷加剧，降低了催化剂的寿命；烟气流速过低的区域容易出现飞灰在催化剂孔隙中堆积的问题，从而阻塞催化剂孔隙、通道，再次加剧流场分布的不均匀性。流场不均匀导致氨与烟气混合不均匀，进而导致氨氮混合不均匀，降低脱硝效率、增加氨逃逸，导致空预器等下游设备表面硫酸氢氨结垢等问题，影响机组安全运行。1.3催化剂磨损严重、活性不满足要求催化剂严重磨损会导致其活性物质减少，严重的甚至导致穿孔、坍塌、烟气短路等问题，降低脱硝性能，导致氨逃逸的增加。造成催化剂严重磨损的原因主要包括：催化剂的机械强度不满足国家相关标准要求，容易磨损和坍塌；烟气流场不均匀，存在高速区，烟气局部入射角偏斜，导致该处催化剂发生严重磨损；由蒸汽吹灰器带水或参数设置不合理导致的磨损[2]。催化剂的烧结、中毒导致其活性降低，长时间运行后脱硝效率明显降低，运行过程中被迫采取过喷氨的方式控制NOx的达标排放，氨逃逸显著上升。催化剂烧结的原因是其长期暴露在高温烟气环境下，催化剂的微晶尺寸增大，载体与活性组分发生聚集，活性组分的挥发导致催化剂活性降低。催化剂的烧结失活不可逆，只能通过更换催化剂解决。烟气中的汞、砷、碱金属等物质会堵塞催化剂微孔、抑制酸位点，导致催化剂中毒，反应活性降低，脱硝效率下降[3]。1.4氨氮物质的量之比分布不均匀在脱硝反应器中，还原剂氨与烟气中NOx的混合均匀性直接影响脱硝装置的整体性能，一般要求首层催化剂上部的烟气参数中氨氮物质的量之比分布偏差不大于5%。但实际运行中，各个喷氨支管的开度分配不合理等因素导致氨氮物质的量之比分布偏差远大于5%。局部喷氨过多时，出口NOx偏低、氨逃逸较大；局部区域喷氨不足时，出口NOx偏高。氨氮物质的量之比分布不均匀会严重影响脱硝装置的整体性能，不利于系统的稳定、经济运行，会缩短SCR催化剂的使用寿命，造成脱硝出口的氨逃逸，导致空预器堵塞、除尘器结垢等问题，严重影响机组经济、安全、稳定运行。1.5不能随着变工况、变流场自适应调整目前的脱硝控制设计中，对工况剧烈变化的动态过程适应性较差，控制策略的设计较为简单，缺乏自适应机制。喷氨量基于烟气排放连续监测系统(CEMS)测量的入口、出口的NOx浓度控制，测量结果具有滞后性，在工况剧烈变化时，喷氨量的变化响应不及时，喷氨不足导致出口NOx浓度超标，喷氨过量导致氨逃逸超标[4]。运行工况发生变化时，烟气流场及浓度场发生改变，氨氮物质的量之比的分布均匀性发生改变，主要通过调整喷氨总阀门调控喷氨量，无法对各个喷氨支管的喷氨量进行自动调控，不利于脱硝系统在各个工况下保持最佳性能。1.6供氨系统问题供氨系统能够提供脱硝反应所需的还原剂，其稳定运行对脱硝反应至关重要。供氨系统出现故障会导致供氨不足，进而导致脱硝效率降低，氮氧化物达标排放得不到有效保证，可能造成氮氧化物的瞬时超标甚至小时均值超标。实际运行中，供氨系统可能出现的问题包括[5]：液氨蒸发器换热管表面结垢导致换热效率降低，蒸发能力下降，不能满足供氨需求；液氨蒸发器入口管阀门堵塞，导致供氨压力出现较大波动，供氨压力降低，不能满足氮氧化物控制需求；喷氨格栅积灰堵塞，导致烟道截面内喷氨格栅各个区的喷嘴喷氨不均，在积灰严重的区域进行喷氨优化调整试验，调整喷氨支管手动调门无法有效调整其氨喷射量，导致喷氨分布不合理，增加氨逃逸。2SCR脱硝系统运行优化建议2.1在线测点不准、不具有代表性的优化建议定期对在线烟气分析仪进行标定，对测量不准确的问题进行及时处理。针对在线测点不准确的问题，可以采取的措施包括：更换存在故障的冷凝器；缩短取样探头反吹时间，避免烟气中的粉尘造成的堵塞问题；利用分段气密性检查法检查管路是否存在漏点，对存在漏气的管路进行更换处理；定期检查、更换分析仪所需标准气体，并定期更换易损配件（探头滤芯等）；如果烟气分析仪存在问题，及时联系设备厂家进行售后维修处理[6]。针对在线测点不具有代表性的问题，可以采取的措施包括：根据机组设备结构、浓度场及流场特征，对SCR出口进行网格化分区，每个网格分区布置适当深度的烟气取样探头，实现不同区域烟气NOx浓度的精准测量，获得具有代表性的浓度场数据，为喷氨量的精准控制提供数据基础。2.2烟气流场不均匀的优化建议对于烟道流场不均匀的问题，可以对其进行流场优化，结合数值模拟技术与现场流场测试试验，为烟道流场优化改造提供指导。计算流体动力学(CFD)数值模拟具有较高的操作便利性，可以模拟分析烟道流场中存在的涡流、偏流、磨损等问题，并用于寻求最合理的烟道中导流板的布置方式，保证催化剂前的烟气流场均匀分布（烟气速度分布标准偏差≤15%、烟气入射角≤±10°、温度偏差≤±15 ℃），减少烟气对催化剂的磨损。利用现场流场测试试验结合CFD数值模拟研究得到的流场优化改造方案在停机检修期间对烟道进行优化改造，以解决流场存在的问题，提升脱硝装置流场分布的均匀性，提升脱硝装置的整体性能。2.3催化剂磨损严重、活性不满足要求的优化建议检测催化剂机械强度，如果机械强度不满足国家标准要求，需要在停机检修期间，将磨损严重的催化剂更换为满足国家标准要求的新催化剂。合理设置蒸汽吹灰器运行参数，避免带水。针对烟气流场不均匀（局部流速过高、催化剂上部烟气入射角度过大）导致的催化剂严重磨损，需要对流场进行相应的优化改造，改善流场均匀性，减轻对催化剂的磨损。定期对催化剂进行活性检测，如果催化剂的活性已不满足要求，需要对催化剂进行再生或更换处理，以保证良好的脱硝性能。运行中要保持脱硝反应器的合理运行烟温，防止过高的烟温（超过450 ℃）造成催化剂高温烧结失活。2.4氨氮物质的量之比分布不均匀的优化建议对于氨氮物质的量之比分布不均匀的问题，可以通过喷氨优化调整试验进行优化。优化试验分为冷态试验和热态试验。冷态试验被用来诊断喷氨系统喷氨喷嘴是否堵塞并分析喷氨支管阀门的阀门特性。停机检修期间，开启稀释风机，进入烟道喷氨格栅处测量不同喷氨支管阀门开度情况下每个喷嘴的流速，根据测量结果判断喷嘴是否堵塞以及每个喷氨支管阀门的阀门特性情况。对堵塞的喷嘴或管路进行清理，以保证喷氨管路的畅通。对阀门特性过差的支管阀门及时进行更换。该过程是热态喷氨优化调整试验的基础。热态喷氨优化调整试验通过调整SCR入口每根喷氨支管上的阀门开度改变不同喷氨支管的喷氨量，从而改善NOx和NH3分布的均匀性，提高脱硝出口NOx浓度分布的均匀性（一般调整出口NOx浓度的标准偏差至15%以内），避免局部过喷氨或喷氨不足的问题。通过热态喷氨优化调整试验可以提高脱硝出口在线测点的代表性，降低氨逃逸浓度、氨耗量以及下游设备的结垢堵塞风险。2.5不能随着变工况、变流场自适应调整的优化建议为了有效改善脱硝控制系统对工况剧烈变化适应性差的问题，需要提前预知控制对象的变化趋势，并结合控制策略进行提前干预，解决系统的控制滞后性问题。在喷氨控制过程中提前预测脱硝入口处的NOx浓度，可以在工况剧烈变化时有效解决单纯依靠在线测量结果进行喷氨调控的滞后性问题，实现脱硝出口NOx质量浓度的平稳调控，避免NOx浓度剧烈波动、瞬时超标[1]。为了增加脱硝装置对变工况后流场及浓度场的适应性，可以进行分区喷氨改造，增设NOx浓度分区测量系统以及分区自动喷氨系统。控制系统在不同负荷段自动进行热态喷氨优化调整，通过测量系统各分区NOx浓度的分布情况，对各个喷氨分区的喷氨支管自动阀门进行调整，使得进入各个区域的还原剂量发生变化，提升整体氨氮物质的量之比的分布均匀性，避免出现不同负荷段各个喷氨分区喷氨不足或喷氨过量的问题，实现喷氨分区精准调控，降低脱硝出口NOx浓度分布偏差，降低氨逃逸。2.6供氨系统问题的优化建议针对液氨蒸发器换热管表面结垢导致的换热效率降低问题，原因主要为换热水的水质较差，水中杂质离子较多，进一步浓缩时盐类在换热管表面析出结垢。首先对已经严重结垢的壁面进行清洗，将壁面积垢清洗干净，保证良好的换热条件；其次对水源进行优化，改成化学软化水，在源头上进行治理，避免清洗后再次出现结垢问题[5]。造成液氨蒸发器入口管阀门堵塞主要原因包括：液氨的品质较差，含杂质较多；运行过程中，蒸发器清洗时间不够或清洗水携带杂质，蒸发器的排污时间不足或排污间隔过长。对应的措施主要包括：对液氨供货品质进行严格把关，避免液氨品质不佳，降低杂质含量；在卸液氨管路上加装氨专用过滤器，可以有效去除液氨中的杂质；根据供氨压力和蒸发器液位变化情况，合理增加排污次数和排污时间，防止沉积杂质；保证清洗水的水源洁净，加大水流扰动性，适当增加清洗时间，改善清洗效果[5]。喷氨格栅积灰堵塞的原因主要包括：稀释风取自热一次风，而热一次风中含尘量较高，在喷氨格栅管路内部积累造成堵塞；烟气流场不均匀，存在低流速区，低流速区域的负压低，该位置喷氨格栅的自净送灰能力低，积灰堵塞问题比较严重。针对以上问题采取如下措施：稀释风由热一次风改为冷一次风，冷一次风经气气换热器与烟气换热升温后送至氨空混合器，通过弃用热一次风作为稀释风源的方式避免其含有的粉尘进入喷氨系统引起管路堵塞问题；对脱硝装置进行流场模拟，并根据模拟得到流场优化指导方案，有针对性进行流场优化，改善烟气流场均匀性[7]。3结语保证SCR脱硝系统的高效稳定运行，在氨逃逸不超标的情况下保证NOx达标排放，避免NOx超标排放，避免氨逃逸过高造成空预器堵塞等问题的发生，同时降低氨耗量，具有显著的经济效益和环境效益。脱硝系统运行过程中在线测点不准、不具有代表性，烟气流场不均匀，催化剂磨损、活性降低，氨氮物质的量之比分布不均匀，控制系统对变工况适应性差，供氨系统存在问题等原因均会导致脱硝性能降低。因此，在实际运行中需要及时找到脱硝系统存在的问题，并且采取合理有效的措施加以应对，以保证脱硝系统的高性能运行状态。