謝志勇

（大唐長(zhǎng)春第二熱電有限責(zé)任公司）

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

關(guān)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(shè)施。通過噴氨和催化劑將煙氣中的NOX進(jìn)行脫除，在實(shí)際運(yùn)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(dá)標(biāo)排放，并會(huì)影響到催化劑的使用壽命，從而影響整體的脫硝運(yùn)行成本。因此，如何合理的進(jìn)行噴氨調(diào)整和控制，是每個(gè)SCR用戶都關(guān)心的重要問題。為控制脫銷過程中氨的使用量及保護(hù)設(shè)備，必須監(jiān)測(cè)SCR出口的氨逃逸量，并且要通過運(yùn)行方式的優(yōu)化來(lái)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(yīng)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(dòng)。氨氣作為脫硝劑被噴入高溫?zé)煔饷撓跹b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(yīng)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(yīng)器、氨儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)及相關(guān)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(yīng)器的箱體內(nèi)，垂直布置，煙氣自上而下流動(dòng)，而尿素溶液被熱解或水解后經(jīng)過噴射系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)器。

采用該種脫硝工藝和布置方式，優(yōu)點(diǎn)就是脫硝效率高，煙氣溫度高也滿足催化劑的反應(yīng)要求，但是缺點(diǎn)就是煙氣中飛灰含量高，對(duì)催化劑防磨損、堵塞及鈍化性能要求高，投資和操作費(fèi)用大，增加了成本，同時(shí)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(yùn)行的一項(xiàng)重要參數(shù)，實(shí)際生產(chǎn)中通常是多于理論量的氨被噴射入反應(yīng)器，反應(yīng)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(lái)表示的。為了達(dá)到環(huán)保要求，往往需要一定過量的氨，所以也對(duì)應(yīng)著會(huì)有一個(gè)合適的氨逃逸率值，該值設(shè)計(jì)為不大于3ppm，但是往往運(yùn)行實(shí)際中偏大。在脫硝過程中由于氨的不完全反應(yīng)，SCR脫硝過程中氨逃逸是難免的，氨逃逸率也會(huì)隨著時(shí)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(lái)控制去兩側(cè)反應(yīng)器的氨流量，或是就地手動(dòng)調(diào)整去各反應(yīng)器的手動(dòng)門來(lái)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(jìn)而影響著反應(yīng)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(fù)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?yàn)樨?fù)荷問題或是事故情況下要及時(shí)進(jìn)行干預(yù)，保證煙氣溫度，除非達(dá)到脫硝保護(hù)邏輯設(shè)定的解列值除外。

3.3 催化劑老化，甚至壽命達(dá)到上限。催化劑存在著使用壽命，一旦使用時(shí)間過長(zhǎng)老化，催化效果就會(huì)變差，脫硝反應(yīng)也會(huì)變差，為保證環(huán)保合格而大量噴尿素就會(huì)造成氨逃逸率增加，所以當(dāng)催化劑老化時(shí)要及時(shí)在停機(jī)大小修時(shí)進(jìn)行更換，保證逃逸率合格的同時(shí)，也能更好做好環(huán)保。另外催化劑層數(shù)少了，要增加至設(shè)計(jì)值。

3.4 脫硝反應(yīng)區(qū)堵塞。燃煤鍋爐脫硝反應(yīng)區(qū)處在高灰塵區(qū)，不可避免的會(huì)在反應(yīng)區(qū)積累灰塵，積灰將會(huì)使反應(yīng)變差，逃逸率增加。而爐本體的吹灰往往不會(huì)有很好的效果，所以可在反應(yīng)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(shí)間久或儀用壓縮空氣壓力低，會(huì)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(shè)計(jì)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(yùn)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(jìn)入反應(yīng)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(dòng)。當(dāng)鍋爐燃燒擾動(dòng)時(shí)要及時(shí)根據(jù)脫硝反應(yīng)器進(jìn)口的NOX含量對(duì)尿素量進(jìn)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?yàn)檎{(diào)整不到位帶來(lái)的環(huán)保超標(biāo)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(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)，一是氨氣在混合階段的停留時(shí)間短，與煙氣的混合效果會(huì)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(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)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(duì)噴嘴進(jìn)行改進(jìn)，在每個(gè)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(zhǎng)氨氣在混合階段的停留時(shí)間，加強(qiáng)與煙氣的混合，同時(shí)也避免了落灰堵塞噴嘴。

3.8 流場(chǎng)分布不均。流場(chǎng)分布是脫硝煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)最核心的部分。流場(chǎng)設(shè)計(jì)要解決2個(gè)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(gè)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(yīng)時(shí)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(huì)造成氨逃逸。流場(chǎng)設(shè)計(jì)的思路可如下： 在催化劑箱之前加強(qiáng)湍流，不進(jìn)行煙氣導(dǎo)流；催化劑箱上方盡量保留足夠大的空間，在這個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)煙氣均勻通過催化劑層，使氨氣和煙氣達(dá)到均勻混合[1]。

3.9 人為因素。加強(qiáng)脫硝系統(tǒng)流程的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，使運(yùn)行人員都要熟悉脫硝調(diào)整的手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，針對(duì)具體問題具體解決，不要出現(xiàn)誤操作，帶來(lái)脫硝氨逃逸率過大和環(huán)保超標(biāo)問題。

4 控制氨逃逸率的意義

煙氣中不僅含有NOX氣體，同時(shí)也存在著SO2，而我們的脫硫裝置一般布置在引風(fēng)機(jī)出口后煙囪前，所以在脫硝反應(yīng)器內(nèi)必然會(huì)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(huì)對(duì)SO2氣體的氧化起到一定的催化作用，將SO2氧化成SO3，而反應(yīng)生成的SO3與煙氣中逃逸的氨反應(yīng)生成硫酸氫銨和硫酸銨，其反應(yīng)式如下[2]：

NH3 +SO3+ H2O→NH4HSO4

2NH3 +SO3+ H2O→（NH4）2SO4

在通常運(yùn)行溫度下，硫酸氫銨的露點(diǎn)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(qiáng)的物質(zhì)，在煙氣中會(huì)黏附飛灰。同時(shí)，硫酸氫銨在低溫下還具有吸濕性，當(dāng)從煙氣中吸水會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，如果它在低溫催化劑上形成，會(huì)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(dāng)氨逃逸率過大會(huì)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(yīng)器及空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)換熱面，不僅僅是會(huì)造成催化劑層的失效以及往后的煙氣側(cè)設(shè)備受熱面堵塞，更會(huì)造成更大的嚴(yán)重問題，腐蝕設(shè)備降低壽命，增大設(shè)備出力，造成空氣預(yù)熱器堵灰，引風(fēng)機(jī)的出力增加和搶風(fēng)失速問題。風(fēng)機(jī)出力的增加帶來(lái)了廠用電率的增加，高負(fù)荷時(shí)出力的不足造成負(fù)荷上的限制，影響機(jī)組效益。同時(shí)時(shí)有發(fā)生的搶風(fēng)失速問題不僅給風(fēng)機(jī)本身帶來(lái)傷害，也提高了機(jī)組運(yùn)行的不安全性，降低了經(jīng)濟(jì)效益。另外，脫硝區(qū)的硫酸氫銨的腐蝕和積累，不僅會(huì)惡化降低催化劑使用壽命，同時(shí)也會(huì)帶來(lái)環(huán)保指標(biāo)不合格的大問題，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)了不確定性，進(jìn)而影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)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(hù)脫硝系統(tǒng)設(shè)備；另一方面在環(huán)保合格的基礎(chǔ)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(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

煙氣脫硝裝置中催化劑中毒、管路堵塞、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重等設(shè)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(jī)組所面臨的問題，應(yīng)該予以高度重視，要通過技術(shù)改造、優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整等方式來(lái)降低氨逃逸率。

參考文獻(xiàn)

[1]張志強(qiáng)，宋國(guó)升，等.某電廠600MW機(jī)組SCR脫硝過程氨逃逸原因分析[J].電力建設(shè)，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(jī)理與控制[J].熱力發(fā)電，2010，39（8）：12-17.