火電廠氨逃逸率影響因素控制方法及意義

謝志勇

（大唐長春第二熱電有限責任公司）

摘 要：選擇性催化還原（SCR）煙氣脫銷技術是目前世界上先進的火力發(fā)電廠煙氣脫銷主流技術之一。為控制脫銷過程中氨的使用量及保護設備，必須監(jiān)測SCR出口的氨逃逸量，并且要通過運行方式的優(yōu)化來控制氨逃逸率。

關鍵詞：氨逃逸；SCR； 煙氣脫銷；影響因素

1 引言

煙氣脫硝裝置（SCR）是目前各大火電廠重要的環(huán)保設施。通過噴氨和催化劑將煙氣中的NOX進行脫除，在實際運行過程中，噴氨量的控制，將直接影響到脫硝的效率，影響NOX以及逃逸氨的達標排放，并會影響到催化劑的使用壽命，從而影響整體的脫硝運行成本。因此，如何合理的進行噴氨調(diào)整和控制，是每個SCR用戶都關心的重要問題。為控制脫銷過程中氨的使用量及保護設備，必須監(jiān)測SCR出口的氨逃逸量，并且要通過運行方式的優(yōu)化來控制氨逃逸率。

2 煙氣脫硝系統(tǒng)

在SCR脫銷工藝中，催化劑安放在反應器的箱體內(nèi)。催化劑單元通常垂直布置，煙氣由上向下流動。氨氣作為脫硝劑被噴入高溫煙氣脫硝裝置中，在催化劑的作用下將煙氣中 NOX分解成為N2和H2O，主要反應如下：

4NO + 4NH3 +O2 →4N2 + 6H2O

2NO2 + 4NH3 +O2 →3N2 + 6H2O

6NO2 + 8NH3 →7N2 + 12H2O

NO + NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O

SCR脫硝系統(tǒng)包括催化劑反應器、氨儲運系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)及相關的控制系統(tǒng)。因燃煤鍋爐煙氣中含塵量比較大，所以催化劑分三層被安裝在反應器的箱體內(nèi)，垂直布置，煙氣自上而下流動，而尿素溶液被熱解或水解后經(jīng)過噴射系統(tǒng)進入反應器。

采用該種脫硝工藝和布置方式，優(yōu)點就是脫硝效率高，煙氣溫度高也滿足催化劑的反應要求，但是缺點就是煙氣中飛灰含量高，對催化劑防磨損、堵塞及鈍化性能要求高，投資和操作費用大，增加了成本，同時也存在著氨的泄露問題。

3 氨逃逸率影響因素及控制方法

氨逃逸率是影響SCR系統(tǒng)運行的一項重要參數(shù)，實際生產(chǎn)中通常是多于理論量的氨被噴射入反應器，反應后在煙氣下游多余的氨稱為氨逃逸率，逃逸率是通過單位體積內(nèi)氨含量來表示的。為了達到環(huán)保要求，往往需要一定過量的氨，所以也對應著會有一個合適的氨逃逸率值，該值設計為不大于3ppm，但是往往運行實際中偏大。在脫硝過程中由于氨的不完全反應，SCR脫硝過程中氨逃逸是難免的，氨逃逸率也會隨著時間發(fā)生改變，主要因素及控制方法如下：

3.1 注入氨流量分布不均。由此造成的逃逸率偏差，可以通過調(diào)整熱解爐或水解器出口的調(diào)節(jié)閥來控制去兩側(cè)反應器的氨流量，或是就地手動調(diào)整去各反應器的手動門來矯正氨流量不均的問題，但是后者往往采用較少，比較麻煩，前者效果明顯。

3.2 煙氣溫度低。煙氣溫度決定著催化劑的效果，進而影響著反應效果，決定著逃逸率的大小。SCR脫硝工藝所選用的催化劑在300～420℃范圍為最佳，所以要根據(jù)鍋爐負荷和燃燒情況在滿足的條件下維持煙氣溫度在最佳范圍內(nèi)，一旦因為負荷問題或是事故情況下要及時進行干預，保證煙氣溫度，除非達到脫硝保護邏輯設定的解列值除外。

3.3 催化劑老化，甚至壽命達到上限。催化劑存在著使用壽命，一旦使用時間過長老化，催化效果就會變差，脫硝反應也會變差，為保證環(huán)保合格而大量噴尿素就會造成氨逃逸率增加，所以當催化劑老化時要及時在停機大小修時進行更換，保證逃逸率合格的同時，也能更好做好環(huán)保。另外催化劑層數(shù)少了，要增加至設計值。

3.4 脫硝反應區(qū)堵塞。燃煤鍋爐脫硝反應區(qū)處在高灰塵區(qū)，不可避免的會在反應區(qū)積累灰塵，積灰將會使反應變差，逃逸率增加。而爐本體的吹灰往往不會有很好的效果，所以可在反應區(qū)增加聲波吹灰器，布置于催化劑層。但是如果吹灰間隔時間久或儀用壓縮空氣壓力低，會造成聲波吹灰器效果不好。因此可以通過增加吹灰次數(shù)、提高吹灰氣源壓力等方法提高吹灰效果。

3.5 尿素溶液量。由于設計上采用的尿素溶液的濃度已經(jīng)確定，在不改變尿素溶液濃度的情況下，運行人員就要調(diào)整好尿素溶液量，保證尿素能夠充分熱解或水解，進入反應區(qū)后不至于太多造成逃逸率過大，或是尿素不足造成脫銷效率過低。

3.6 燃燒波動。當鍋爐燃燒擾動時要及時根據(jù)脫硝反應器進口的NOX含量對尿素量進行調(diào)整分配，防止氨逃逸率過大或是兩側(cè)偏差大，甚至因為調(diào)整不到位帶來的環(huán)保超標問題。

3.7 噴氨格柵噴嘴堵塞。噴嘴堵塞將加劇氨逃逸的產(chǎn)生。一般噴氨格柵噴嘴方向（氨氣噴入方向）與煙氣流向相同，這樣設計的優(yōu)點是可避免高塵煙氣直接沖擊噴嘴而使高濃度煙塵堵塞噴嘴。但噴嘴順煙氣方向也有一定的弱點，一是氨氣在混合階段的停留時間短，與煙氣的混合效果會明顯弱于逆煙氣方向噴入；二是同方向布置也不能完全避免噴嘴堵塞，在機組長時間運行的條件下，噴氨格柵上方煙道內(nèi)鋼支架以及擾流管逐步積灰形成一定厚度后成片掉落，從而堵塞正下方的噴嘴。因此可對噴嘴進行改進，在每個噴嘴上方安裝一把“小傘”， 通過“小傘”的作用，將氨氣同方向噴入改為逆方向噴入，延長氨氣在混合階段的停留時間，加強與煙氣的混合，同時也避免了落灰堵塞噴嘴。

3.8 流場分布不均。流場分布是脫硝煙氣系統(tǒng)設計最核心的部分。流場設計要解決2個問題，一是使煙氣均勻地通過催化劑層，二是使氨氣盡快地與煙氣均勻混合，其中解決第2個問題更為重要。煙氣通過催化劑的速度一般為4～6 m/s，而每層催化劑的高度一般約1米，這樣每層催化劑的反應時間僅0.2秒左右。因此，如果在催化劑層部分區(qū)域存在氨氣濃度過高，超過了脫硝需要，就會造成氨逃逸。流場設計的思路可如下： 在催化劑箱之前加強湍流，不進行煙氣導流；催化劑箱上方盡量保留足夠大的空間，在這個區(qū)域?qū)崿F(xiàn)煙氣均勻通過催化劑層，使氨氣和煙氣達到均勻混合[1]。

3.9 人為因素。加強脫硝系統(tǒng)流程的培訓和學習，使運行人員都要熟悉脫硝調(diào)整的手段，及時發(fā)現(xiàn)問題，針對具體問題具體解決，不要出現(xiàn)誤操作，帶來脫硝氨逃逸率過大和環(huán)保超標問題。

4 控制氨逃逸率的意義

煙氣中不僅含有NOX氣體，同時也存在著SO2，而我們的脫硫裝置一般布置在引風機出口后煙囪前，所以在脫硝反應器內(nèi)必然會存在大量的SO2氣體。催化劑中的活性組分釩在催化降解NOX的過程中，也會對SO2氣體的氧化起到一定的催化作用，將SO2氧化成SO3，而反應生成的SO3與煙氣中逃逸的氨反應生成硫酸氫銨和硫酸銨，其反應式如下[2]：

NH3 +SO3+ H2O→NH4HSO4

2NH3 +SO3+ H2O→（NH4）2SO4

在通常運行溫度下，硫酸氫銨的露點為147℃，它以液體的形式在物體表面凝聚或是液滴的形式分散于煙氣中。液態(tài)的硫酸氫銨是一種粘性很強的物質(zhì)，在煙氣中會黏附飛灰。同時，硫酸氫銨在低溫下還具有吸濕性，當從煙氣中吸水會對設備造成腐蝕，如果它在低溫催化劑上形成，會造成催化劑部分堵塞，增大催化劑壓降或是造成催化劑失效。

所以當氨逃逸率過大會造成生成的硫酸氫銨的量過大，大量的硫酸氫銨以液態(tài)形式在煙氣或是脫硝反應器及空氣預熱器煙氣側(cè)換熱面，不僅僅是會造成催化劑層的失效以及往后的煙氣側(cè)設備受熱面堵塞，更會造成更大的嚴重問題，腐蝕設備降低壽命，增大設備出力，造成空氣預熱器堵灰，引風機的出力增加和搶風失速問題。風機出力的增加帶來了廠用電率的增加，高負荷時出力的不足造成負荷上的限制，影響機組效益。同時時有發(fā)生的搶風失速問題不僅給風機本身帶來傷害，也提高了機組運行的不安全性，降低了經(jīng)濟效益。另外，脫硝區(qū)的硫酸氫銨的腐蝕和積累，不僅會惡化降低催化劑使用壽命，同時也會帶來環(huán)保指標不合格的大問題，給機組運行帶來了不確定性，進而影響機組的經(jīng)濟效益。

由此可以看出脫硝氨逃逸率控制的重要性，一方面降低氨逃逸率可以有效保護脫硝系統(tǒng)設備；另一方面在環(huán)保合格的基礎上降低逃逸率可以減少尿素的有效使用量，降低脫硝系統(tǒng)運行成本，提高經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

煙氣脫硝裝置中催化劑中毒、管路堵塞、設備腐蝕嚴重等設備缺陷其根本原因是氨逃逸率高造成的。因此如何降低氨逃逸量，是所有安裝SCR脫硝裝置機組所面臨的問題，應該予以高度重視，要通過技術改造、優(yōu)化運行調(diào)整等方式來降低氨逃逸率。

參考文獻

[1]張志強，宋國升，等.某電廠600MW機組SCR脫硝過程氨逃逸原因分析[J].電力建設，2012，33（6）：67-70.

[2]馬雙忱，金鑫，等.SCR 煙氣脫硝過程硫酸氫銨的生成機理與控制[J].熱力發(fā)電，2010，39（8）：12-17.