SCR 烟气脱硝氨逃逸危害分析与控制

徐志强

中电建甘肃能源崇信发电有限责任公司，甘肃 平凉 744200

摘要：本文通过对SCR烟气脱硝原理的介绍，氨逃逸影响因素及危害的分析，总结得出平时运行调整中注意事项及方法，降低氨逃逸率，保证机组安全、经济稳定运行。

关键词：SCR；脱硝；氨逃逸；运行调整

1. 引言

为减少烟气中NOx气体含量，防止环境污染，选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术作为燃煤机组脱硝技术之一，具有结构简单 、脱硝效率高、运行可靠、便于维护等优点，被国内燃煤机组普遍采用。SCR脱硝工艺所用的还原剂主要采用的是液氨或尿素分解出的氨气，所以在还原过程中不可避免的就会出现过多的还原剂剩余而带来的氨逃逸率，不仅给设备和机组带来了伤害，同时也会造成经济性上的影响。因此，分析造成氨逃逸的影响因素及控制方法具有重要意义。

2. SCR烟气脱硝原理

崇信发电公司脱硝改造工程采用选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统，用液氨作为还原剂。脱硝反应器布置在省煤器与空预器之间的高含尘区域，采用蜂窝式催化剂，分三层布置。SCR法烟气脱硝工艺是在催化剂存在的作用下，还原剂液氨有选择性的与烟气中的NOx反应，生成对环境无害的N₂和H₂O^[1]，以达到超低排放，实现保护环境的目的。在以液氨作为还原剂的条件下，发生的主要化学反应如下；

4NH₃ +4NO +O₂ →4N₂ +6H₂O

4NH₃ +2NO₂ +O2→ 3N₂ +6H₂O

8NH₃ +6NO₂ →7N₂ +12H₂O

2NH₃ +NO +NO₂→ 2N₂ +3H₂ O

3. 氨逃逸影响因素分析

   1. 升降负荷过快

AGC响应下，负荷有时频繁波动，且升降负荷速率快，导致燃烧工况变化大，脱硝反应器入口NOx含量变化大，为满足脱硫出口NOx含量满足环保参数要求，有时在自动调节或手动干预调节的情况下，存在喷氨流量过多的情况，此时部分氨没有参与反应，导致氨逃逸增大。

1. 2. 各分配支管喷氨流量不均、烟气中NOx分布不均

由于锅炉运行中在不同时间、不同负荷段由于制粉系统组合方式、二次风挡板调整、一次风压、磨煤机出口温度，锅炉漏风率等参数的不同，导致烟气参数状态不同，因此烟气流速、烟气中 NOx 含量在烟道中分布也不相同。并且各支管喷氨流量与相应区域的NOx浓度不能实现最佳匹配，存在NOx浓度低的烟气区域却支管喷氨流量大，所以在一定程度上增大了剩余氨，增加了氨逃逸。

1. 3. 烟气温度的影响

通常，如向含SOx的低温烟气中注入氨，在催化剂层会生成硫酸氢氨（NH4HSO4）。硫酸氢铵在低温下具有吸湿性，当从烟气中吸水后会造成设备的腐蚀。如果它在低温催化剂上形成，会造成催化剂部分堵塞，增大催化剂压降或造成催化剂失效。此沉积的过程是可逆的，当运行温度提升到露点以上时硫酸氢铵将蒸发，催化剂活性将恢复，但运行温度长期低于其露点, 催化剂活性会永久改变^[2]。因此，脱硝装置一般正常使用温度是有一定要求的。我厂选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统中选用的催化剂设计温度在310～420℃范围反应效果为最佳，NH₃还原 NOx的最佳反应温度在310～420℃，当烟气温度低于310℃，反应中的温度条件不满足时，NH₃无法全部与 NOx 反应，势必造成氨逃逸增大。

1. 4. 运行中燃烧调整的影响

NOx的生成在很大上决定于燃烧调整，不同的燃烧氧量、磨煤机的组合方式、二次风门的开度、一次风粉浓度等影响着NOx的生成，生成的NOx越少，喷氨量则越少，相应氨逃逸也越少。特别是在机组进行深度调峰时，为满足锅炉安全运行风量，炉膛氧量明显偏大，脱硫出口NOx根据氧量折算后比脱硝反应器出口NOx含量偏大，因此要降低脱硝出口NOx含量，就要加大喷氨流量，导致氨逃逸增大。

1. 5. 供氨调门自动调节不良

喷氨自动调节方式在很大程度上影响氨逃逸的大小，调节速度过慢，氮氧化物含量达不到要求，造成超排；调节速度过快则氨逃逸增大。此需要结合烟气量、脱硝入口氮氧化物、脱硝出口氮氧化物的变化来综合计算。

1. 6. 稀释风流量不足

稀释风流量按脱硝效率对应的最大喷氨量设定稀释风流量，保证氨/空气混合物中的氨体积浓度在一定范围，如果稀释风机流量不足，不能满足要求，导致氨/空气混合物中的氨体积浓度增大，一方面安全风险增大，另一方面氨体积浓度过大，假如烟气流速不变，则氨与催化剂接触时间，反应时间则不变，一部分氨来不及反应随烟气流走，造成氨逃逸增大。

4. 氨逃逸的危害

   1. 对空气预热器的危害

脱硝出口烟气中的氨和SO₃反应生成NH₄HSO₄和（NH₄）₂SO₄，而NH₄HSO₄具有较高的粘附性，过量的氨气在反应时，将产生亚硫酸氢铵，会堵塞空气预热器，腐蚀污染蓄热元件表面，如果空预器堵塞，换热效果不良，将导致排烟温度升高，除尘率下降，除尘电耗增加，引风机电耗增加等一系列不良反应，使机组运行周期减短，增大维护量，增加运行成本，降低机组效率和效益。

1. 2. 催化剂堵塞、中毒、活性降低

逃逸氨与烟气中的SO₃生成硫酸氢铵，硫酸氢铵在低温下具有吸湿性，当从烟气中吸水会对设备造成腐蚀，如果它在低温催化剂上形成，会造成催化剂部分堵塞，增大催化剂压降或是造成催化剂失效，降低催化剂的活性，不完全反应加剧，进而使氨逃逸进一步增大。

1. 3. 逃逸氨对大气造成二次污染，降低机组运行效益。

2. 氨逃逸调整控制

   1. 加强燃烧调整

合理调整燃烧，维持合适氧量，尽量采用下层磨煤机组合方式，二次风箱调整采用中间小，两边大的控制策略，负荷升降时，及时调整二次风箱及燃尽风箱开度，尽量降低火焰中心，减小NOx的生成，减少喷氨流量，从而降低氨逃逸。在升降负荷时，制粉系统组合方式发生变化时，及时手动干预加大或减少喷氨流量，减少氨逃逸。

1. 2. 喷氨格栅喷氨平衡优化

当脱硝效率低时，而局部氨逃逸浓度过高时，应对喷嘴格栅(AIG)的流量控制阀门进行调节。根据反应器出口的NOX浓度分布调节喷氨格栅阀门，使反应器出口NO_X浓度分布比较均匀。

1. 3. 保持催化剂活性

运行中严格按照脱硝吹灰制度执行吹灰工作，如果脱硝反应器进出口差压增大时，可增加吹灰次数，以此保持催化剂的清洁，保证催化剂的活性，消除烟气通过脱硝催化剂时遗留的粉尘，是降低氨逃逸的根本措施。在停机时，检查蜂窝式催化剂是否清洁、是否堵塞，是否磨损等，及时调整吹灰蒸汽压力和吹灰频度。

1. 4. 优化供氨调门自动调整品质

根据锅炉负荷，燃料量，反应器入口NO_X浓度和脱硝效率调节喷氨量。喷氨量通过锅炉负荷，燃料量，反应器入口NO_X浓度及设定的NO_X 除去率的函数值作为前馈，并通过脱硝效率或出口NO_X浓度作为反馈来修正，优化调门线性，保证自动跟踪良好。

喷氨流量的调节的前提是SCR反应器进出口的氮氧化物分析仪，氨气分析仪，氧量分析仪工作正常，测量准确。如有问题，需及时处理。

1. 5. 烟气温度

正常运行中，通过燃烧调整保持烟气温度在310～420℃，保证NH₃与NOx的反应温度，在机组深调期间，要及时开启烟气旁路，保证SCR反应器温度。

6. 结束语

氨逃逸会造成空气预热器的腐蚀和堵灰，导致空预器换热效率下降，并且还会造成脱硝反应器催化剂堵塞和活性下降，加大风机电耗，逃逸氨排放会造成大气的二次污染，降低机组运行效益等一系列危害。因此运行中加强调整降低氨逃逸也是SCR脱硝调整中的一个重要问题。通过燃烧调整、喷氨格栅喷氨平衡优化、加强反应器吹灰、优化自动调节、调整烟气温度等调整措施来控制氨逃逸，另外，具体问题还需要在机组正常运行中，根据不同工况加强运行调整，停机时，根据检查检修情况及时认真分析总结，以便得出更优化的调整措施。

参考文献：

[1]吴碧君,王述刚,等.烟气脱硝工艺及其化学反应原理分析[J].热力发电,2006(11).

[2]马双忱 ,金 鑫 ,等.SCR烟气脱硝过程硫酸氢铵的生成机理与控制[J].热力发电，2010，39(8).