氨逃逸测量技术在脱硝系统中的应用研究与优化

氨逃逸测量技术在脱硝系统中的应用研究与优化

吴忻刚

(呼和浩特热电厂内蒙古呼和浩特010030)

摘要:基于燃煤电厂选择性催化还原(SCＲ)脱硝原理，揭示氨逃逸的原因和对机组运行的危害。分析认为，影响SCＲ脱硝系统氨逃逸率的因素包括脱硝催化剂性能、烟气流场均匀性、锅炉运行方式、喷氨控制逻辑、仪器仪表及测量方式等。针对SCＲ系统氨逃逸率的影响因素，结合电厂机组实际运行情况，提出降低氨逃逸率的控制策略，可为国内燃煤电厂超低排放改造及SCＲ系统性能优化提供参考。

关键词:燃煤电厂;脱硝系统;选择性催化还原;超低排放;氨逃逸率

前言：当前燃煤电厂脱硝超低排放改造仅是增加备用层催化剂，忽视对SCＲ反应器内速度场、温度场、喷氨均匀性、氨逃逸分析仪和空气预热器等进行相应的优化和改造。燃煤电厂脱硝超低排放改造后，对燃煤电厂氨逃逸率准确、快速高灵敏检测显得十分有必要。当前，从燃煤电厂超低排放改造验收结果来看，关注的仅是出口NOx浓度是否达标排放，出现了脱硝出口NOx浓度分布不均匀和氨逃逸率超标严重。加剧了空气预热器和布袋除尘器硫酸氢铵(ABS)结晶堵塞，脱硝还原剂浪费严重，催化剂堵塞、磨损和活性成分流失较快等问题的严重性。

1影响氨逃逸率的主要因素

1.1脱硝催化剂性能

脱硝催化剂活性是影响氨逃逸率的根本原因，烟气温度、含水率、氧含量、烟尘质量浓度等因素均会对催化剂活性产生影响。烟气中的碱金属、砷元素等容易引起催化剂中毒，催化剂长期运行中发生烧结堵塞、腐蚀、硫酸铵盐和飞灰沉积等，均会使其活性降低，导致未反应的氨量增加。随着脱硝效果率的升高，氨逃逸率呈升高趋势，当脱硝效率高于设计值时，氨逃逸率大幅度增加。随着运行时间的增加，催化剂活性下降，脱硝效率降低，要维持较高的脱硝效率和较低的NOx排放质量浓度，实际运行中往往需要提高氨氮摩尔比，势必会导致氨逃逸率急剧增加，进一步使催化剂活性降低，引发恶性循环。

1.2流场均匀性

烟气流场均匀性是指SCＲ脱硝系统入口烟气来流均匀性及喷氨后氨氮混合均匀性。在烟道的转弯、收缩、扩张段，由于流动空间的改变，气流被迫改变运动方向，出现涡流，造成流动速度的分层和改变，导致烟气流场不均匀。运行过程中，导流板磨损、积灰、喷嘴堵塞、烟气流量超过设计值等因素也会导致流场不均，影响氨氮摩尔比分布。流场和氨氮摩尔比分布不均匀会导致脱硝效率下降，且氨氮摩尔比分布偏差越大，对脱硝效率影响越大。当氨氮摩尔比不均匀时，在氨氮摩尔比减小的区域，脱硝效率下降，而氨氮摩尔比增大超过1的区域，脱硝效率并不能因此增大，从而使总的脱硝效率下降。

1.3锅炉运行方式

机组负荷、烟温、燃烧状况等运行参数对脱硝效率和氨逃逸率有明显影响。过高的燃尽风率或过高的氧含量可增加SCＲ入口NOx质量浓度，进而影响脱硝系统运行参数和氨逃逸率。一般认为，SCＲ反应器内烟温降低使催化剂活性下降，导致氨逃逸率增加，烟温不能长期低于SCＲ脱硝系统连续喷氨温度，否则将导致硫酸氢铵生成和催化剂失活。也有研究表明，机组低负荷运行时，烟气在催化剂层停留时间增加可削弱催化剂活性降低的影响，通过设定合适的脱硝效率，能够有效控制系统氨逃逸率。

1.4喷氨控制系统

脱硝系统喷氨控制系统一般采用固定氨氮摩尔比或固定SCＲ出口NOx质量浓度的控制方式。固定氨氮摩尔比控制原理是依据脱硝效率，按照固定的氨氮摩尔比脱除烟气中NOx。固定SCＲ出口NOx质量浓度控制方法的主控制回路与固定氨氮摩尔比的控制方式基本相同，不同之处在于引入了反应器出口NOx质量浓度，脱硝效率根据反应器入口NOx质量浓度和反应器出口NOx质量浓度设定值计算获得，氨氮摩尔比是脱硝效率的函数。由于SCＲ反应器中催化剂反应反馈滞后和NOx分析仪响应滞后等原因，使得SCＲ脱硝控制系统存在大滞后性和大延时性，难以精确控制喷氨量。尤其是机组变负荷时，SCＲ入口烟气量或NOx质量浓度急剧变化，调节的惯性和延时性容易导致烟囱入口NOx质量浓度瞬时值超标。为了使各工况下满足超低排放要求，出口NOx质量浓度设置值往往偏低，导致SCＲ系统喷氨过量，氨逃逸率超标。

1.5测量方法和仪表

由于氨逃逸的量级非常小，理论计算很难准确。相对于离线手工分析法，原位光学测量法可以实现在线监测，但光学测量的准确度容易受高温、高尘恶劣工况的影响。烟气含尘量大时，测量探头受钢制烟道壁振动及温度变化的影响，会出现测量不稳定或指示飘移现象，导致测量偏差大;同时，SCＲ出口烟道烟气分布不均匀，导致采样误差较大，影响氨逃逸量在线监测的准确度。一般以氨逃逸仪表监测的氨逃逸变化趋势作为运行参考，而难以通过仪表值准确控制喷氨量和氨逃逸率。

2氨逃逸率控制技术

呼和浩特热电厂2*350MW机组脱销采用选择性催化还原法（SRC）脱销工艺，脱销氨逃逸监测系统采用西门子LDS6原位安装激光氨气（NH3）气体分析系统，利用第二代技术，原位激光分析法，利用激光的单色性及对NH3的吸收特性进行分析，形成吸收光谱，并得到NH3浓度信号。零点漂移：小于1%/每周，测量值漂移：小于1%/每周。

2.1流场优化

实际运行过程中，SCＲ脱硝系统中气流流动非常复杂，在烟道内设置导流板可有效改善速度分层现象。导流板后可加装气流均布器(在第1层催化剂上方加装整流格栅等)，利用局部的紊流改善流场速度不均匀的状况。根据不同机组的具体情况，合理设置导流板的位置、数量、形式等，在改善流场的同时要尽可能低地增加系统压降。氨喷入之后与烟气混合的均匀性集中在氨的喷射方式和喷氨后与烟气的混合两个方面，主要取决于喷氨格栅形式及氨烟静态混合器的选型与布置。

2.2控制系统优化

针对SCＲ脱硝控制系统大滞后、大延时问题，通过引入预测控制、融合改进的状态变量控制、相位补偿控制等技术，提前预测被调量未来变化趋势，提高脱硝系统闭环稳定性和抗扰动能力。基于预测控制和智能前馈技术的脱硝喷氨优化控制策略。该技术通过考虑SCＲ上游锅炉侧多个扰动变量对SCＲ脱硝过程的影响，将多参数进行拟合作为扰动变量，实现预测控制和提前调节此外，稳定的喷氨量控制取决于高质量的氨气质量流量计、氨量调节阀和最佳的控制参数。在同等设备和控制条件下，通过控制系统优化，改善喷氨时机，特别是提高喷氨控制系统对机组负荷变化的响应速度，避免机组负荷变化时喷氨量未及时跟踪而使氨逃逸率超标。

2.3喷氨优化调整

对于现役SCＲ脱硝系统，在不改造系统设备的情况下，通过喷氨格栅优化调整，可改善氨氮摩尔比分布的均匀性。脱硝系统一般由多个蝶阀等部件协同控制喷氨量，需要根据喷氨格栅截面内的流场分布特性对各支管阀门进行调整，保证良好的氨氮摩尔比分布，使各区域喷氨量与NOx流场相匹配，提高脱硝效率，避免局部区域过量喷氨而导致逃逸氨偏高;同时，可以通过改善反应器出口NOx质量浓度分布均匀性，减小取样点的测量误差，优化控制系统参数，提高喷氨量控制的精确度。

2.4测量仪表及测量方法改进

采用原位光学法测量氨逃逸率时，应合理设置仪表的安装位置及激光对位，关注安装处结构变形、探头附近的水蒸气、吹扫空气对仪表的影响。定期对氨逃逸率测量仪表进行检查和校验，由飞灰中氨含量辅助推断氨逃逸状况，氨逃逸异常时应及时对仪表工作状态进行检查。超低排放改造时，应按要求更换合适精度的仪表，降低测量误差对氨逃逸控制准确度的不利影响。

2.5机组运行优化及检修维护

在脱硝超低排放改造时，根据机组情况，可优先进行低氮燃烧优化改造，从源头上减少NOx生成量。采取炉内燃烧优化调整措施，通过调整氧量，调整分离燃尽风(SOFA)风门开度，合理搭配煤种等，降低脱硝装置入口NOx质量浓度。机组运行过程中，加强氨逃逸监测，定期对现有催化剂进行检测分析，尤其要关注脱硝装置催化剂压差、系统阻力、空气预热器阻力等参数。

结束语

氨法脱硫技术应用广泛，技术成熟。在生产实践中需优化工艺条件、选择先进的设备，精心操作，充分发挥氨法脱硫技术优势。

参考文献:

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[2]闫晓光，熊理想，马宏金，等．FCL氨法烟气脱硫技术特点及应用［J］．电力环境保护，2008，24(2):11－12．