火力发电厂SCR脱硝系统氨逃逸应对措施研究

火力发电厂SCR脱硝系统氨逃逸应对措施研究

杨明旺

内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司  026000

摘 要：本文主要分析SCR脱硝系统氨逃逸产生的原因，产生的危害，以及通过燃烧调整、烟风系统调整、加强吹灰周期、优化磨煤机组合、喷氨总量智能控制技术、脱硝SCR稀释风改造、加强催化剂管理、改善阻火器频繁堵塞、脱硝SCR流场优化等措施，保障氮氧化物排放达标。

关键词：脱硝  氨逃逸 应对措施

1、火力发电厂SCR脱硝系统反应机理

SCR即选择性催化还原法脱硝技术，是目前国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术。大多数火力发电厂均采用该技术去除烟气中的NOX。该技术没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且脱除效率可达90%以上，运行可靠，便于维护。该设备一般反应区布置于火力发电厂锅炉尾部烟道，NH3与烟气均匀混合后一起通过一个填充了催化剂(如V2O5-TiO2)的反应器，NOX与NH3在其中发生还原反应，生成N2和H2O。反应器中的催化剂分上下多层（一般为3—4层）有序放置。其反应原理是：在催化剂作用下，向温度约280～420 ℃的烟气中喷入氨，将NOX还原成N2和H2O。其主要反应如下：

4NO+4NH3+N2→4N2+6H2O

6NO+4NH3→5N2+6H2O

6N2+8NH3→7NO2+12H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

2、SCR脱硝系统氨逃逸超标原因

氨逃逸是指在使用SNCR或SCR技术进行氮氧化物（NOx）脱除过程中，在烟囱出口测量的氨浓度。氨本身具有易挥发的特性，因此在有氨参与的反应场所中，会有未完全参与反应的氨存在，这部分未参与反应的氨被称为氨逃逸。国家标准要求SCR脱硝系统的氨逃逸标准为2.5mg/m³，或3ppm。未参与还原反应的NH3与出口烟气总量的体积占比,一般计量单位为ppm, 如果用质量占比为mg/m³，也叫氨逃逸浓度。

实际上，各电厂产生氨逃逸超标原因各不相同，总结为以下三类常见原因：

（1）为保障彻底脱硝而超量喷氨造成的氨逃逸

该种形式的氨逃逸是目前各火力发电厂最常见现象。随着国家脱硝超低排放的日益严格，很多企业为了氮氧化物达标而超设计喷氨，造成的氨逃逸。这类氨逃逸相当于二次污染，大部分企业是因为缺乏更高效、经济的脱硝工艺，没有有效的管理控制手段，只能被动接受的一种结果。

（2）燃烧的工况调整问题导致的氨逃逸

随着国家风电光火互补能源发展的扩大化，同时国家对于容量电价、辅助调峰等政策的出台，对火力发电厂的运行、操作管理提出了更高要求，锅炉负荷、参数、煤种等工况变化的更加快速、迅捷。燃煤品质、磨煤机组合、炉膛温度变化、烟气温度变化、燃烧器布置、喷氨格栅设置是否合理、供氨流量与出口烟气氮氧化物浓度直接的快速连锁动作等原因，同样会造成氨逃逸超标。尤其是目前国家大力推行风电、光伏发电补贴，且优先上网发电，火电机组必须保持长时间的低负荷工况工作，部分电力企业甚至持续维持在40%额定负荷下工作，过低的负荷导致炉膛烟温不足，到达脱硝反应区的烟气温度低于300℃时，催化剂失去活性会导致氨逃逸的产生。

（3）催化剂失效堵塞导致的氨逃逸

催化剂是氨气与氮氧化物良好反应的必须媒介，在合适的温度下，催化剂能够最大效率实现反应，降低氨逃逸情况。各企业对于催化剂的日常检验、积灰清理、定期更换等管理方式均存在不同，且各厂燃用的煤种也不尽相同。当燃用高灰分煤种时，会导致催化剂模块积灰，减少烟气与催化剂接触面，降低反应区温度而影响效率。对于一些火力发电企业，为降低维护经营费用，会自行延长催化剂使用寿命，延长催化剂活性化验周期，以此缩减费用支出，脱硝催化剂的到寿失效也是氨逃逸产生的一个重要因素。

3、SCR脱硝系统氨逃逸的危害

（1）过量喷氨导致尿素耗量增加而增大费用投入

当发生氨逃逸时，需要大量补充氨气气源而消耗更多尿素，当空预器发生堵塞，或催化剂实效时，会增加50%左右的尿素耗量，极端情况时会超出一倍的耗量。以谋发电厂燃用褐煤2台660MW机组为例，日常用尿素用量在10吨左右，当喷氨格栅堵塞、催化剂积灰、烟温不足或空预器堵塞时，日常用尿素用量会增加至20吨以上。

（2）对空预器的危害

脱硝出口会导致烟气中的氨气和三氧化硫反应生成硫酸氢氨，硫酸氢氨是一种具有较高粘性的固体物质，该物质具有极强的粘性，具有较强的腐蚀性，会堵塞后续空气预热器元件，并产生腐蚀，需要停机进行空预器冲洗清理，同时降低空预器换热效率，降低空预器出口一次风烟温，增加热量损失，降低过滤效率，提升机组能耗指标，用时增加了检修维护工作量。

（3）对电除尘器及后续脱硫系统的危害

脱硝出口的硫酸氢氨，会粘附在电除尘阳极板、阴极线上，加重板结积灰，使得电除尘工作效率降低，无法有效去除烟气中的灰尘，灰尘会随烟道进入后续石灰石湿法脱硫系统，导致石灰石浆液活性降低或中毒失效，最终导致脱硫系统故障以及硫化物排放超标。

（4）对脱硝催化剂的危害

硫酸氢氨在低温情况下具有吸湿性，当从烟气中吸收水分会对设备造成腐蚀，粘附在催化剂上会导致催化剂模块堵塞，造成催化剂失效，降低催化剂活性，使得氨逃逸量增加，形成恶性循环。

4、控制氨逃逸的措施及方法

（1）根据脱硝入口氮氧化物浓度情况，尤其低负荷段（小于350MW）脱硝入口氮氧化物浓度控制困难。在不同负荷段按照不同的二次风控制方式进行调整，低负荷段使燃烧器区域形成缺氧气氛，减少氮氧化物生成，燃尽风调门开大，补充燃尽，高负荷时根据燃烧情况减少上层燃尽风的使用，维持良好的燃烧。

（2）根据脱硝入口氮氧化物浓度变化及负荷变化情况及时进行调整，脱硝入口氮氧化物浓度控制在270mg/Nm3以下，氮氧化物浓度升高时将目标设定值调低，反之将设定值调高。保证脱硫净烟气氮氧化物浓度在35mg/Nm3至45mg/Nm3之间。低负荷时在保证出口排放达标的要求下，尽量减少喷氨量，防止氨逃逸率超标。

（3）自动调整不能保证排放浓度要求时，及时切换至手动调节，待排放满足要求稳定后再恢复自动调节。

（4）加强一次脱硝SCR区声波吹灰运行情况，控制机组脱硝SCR区A、B两侧调整程度均衡，供氨调门开度应缓慢调整，避免调门大幅度动作。

（5）优化磨煤机组合方式，四台磨煤机情况下运行一台上层磨煤机、中层两台磨煤机、下层一台磨煤机，提高脱硝装置入口烟温；提高中层磨煤机二次风量，强化燃烧，在控制壁温不超限下尽量提高火焰中心高度；合理调整过再热烟气调节挡板，减少尾部双竖井受热面吸热量；提升中间点温度，提升燃烧量，增加锅炉总的蓄热量；视锅炉落渣情况合理控制锅炉吹灰，使烟气热量后移，提升尾部受热面吸热量。

（6）SCR区域CEMS仪表主要测量数据包括：脱硝入口A/B侧NOX浓度、氧气含量，脱硝出口A/B侧NOX浓度、氧气含量。每周应对CEMS系统测点进行定期标定，仪表标定期间对设备取样探头及过滤反吹装置进行清理，确保取样、输送、反吹管路通畅无堵塞情况，发现堵塞及时清理更换。

（7）加强对CEMS机柜内部各电子元器件进行检查，确保取样泵、取样电磁阀等设备动作正常，制定日常巡检计划每日两次对设备进行巡检，检查分析仪表工作状态、检查仪表显示数据是否在合理区间内，发现异常及时处理。

（8）供氨流量、稀释风测点进行日常巡检，检查测点有无误报警及示数是否正常。利用SIS系统在线对稀释风流量测点进行检测，因稀释风风源取自热一次风，含灰量较大易发生堵塞，当数据异常时及时对其管路进行吹扫。

（9）氨逃逸测量装置由发射单元、接收单元和电源单元组成。测量原理是：发射单元在烟道一侧发射红外激光发射到烟道另一侧上的接收器上，接收器接收到的激光强度与发射器发射的激光强度不同。这个不同是由管道中被检测气体对激光的吸收而产生的。进而测得氨逃逸量。定期对氨逃逸装置光学镜片进行清理，并调整接收端与发射端之间对光度，确保装置工作正常。

（10）对脱硝SCR区喷氨进行优化，喷氨总量智能控制技术是通过增加外挂式服务器实现，外挂式服务器以MODBUS通讯方式与DCS交换数据，外挂式服务器采用进口品牌PLC，技术成熟。投资低并且实时性好，是降低氨逃逸的技术保证。

（11）脱硝SCR稀释风改造，将现有稀释风风源采用热一次风高尘布置，优化为冷一次风加热后低尘布置，减少SCR区氨空混合器堵塞，减少供氨支管、喷嘴堵塞，防止因供氨不均造成的局部区域反应效率下降引起的氨逃逸大问题。

（12）脱硝SCR区催化剂管理，脱硝催化剂形式、使用寿命周期内效率衰减是引起氨逃逸大的又一主因，需做到每年至少送检一次，根据检测磨损程度加装备用层以及滚动更换催化剂。

（13）脱硝供氨管道入口阻火器频繁堵塞加大喷氨量造成氨逃逸，加阻火器备用管道，定期切换清理阻火器，保证供氨畅通。

（14）脱硝SCR反区域设备管理，催化剂表面积灰、吹灰器积灰、供氨支管堵塞、喷嘴堵塞、氨空混合器堵塞等检查项目需做到逢停必检.

（15）脱硝SCR流场优化，主要是喷氨格栅支管的热态调平，通过对脱硝反应器出口 NOx 浓度分布的测量，来调整喷氨格栅支管改变喷氨量，从而获得均匀的 NOx/NH3的摩尔比分布，保证各区域的适量喷氨，降低氨逃逸。

5、结论

对于脱硝系统氨逃逸问的分析和治理措施，本文仅依据部分火电企业实际进行研究。以某2台660MW纯褐煤发电空冷机组为例，针对性的采取燃烧调整、仪表清理、催化剂检验（更换）、阻火器清理、磨煤机组合、稀释风改造、烟气旁路改造等部分措施后，氨逃逸量得到明显控制，从之前的4.5ppm下降至目前的0.95ppm左右，效果显著。但脱硝系统氨逃逸问题是个复杂的系统问题，与煤种、燃烧调整、热工仪表、机组负荷、催化剂活性、积灰板结等因素息息相关，尤其在目前火电机组深度调峰的大政策要求下，低负荷工况将转为常态，短时间内的氨逃逸量瞬时超标情况依然存在，后续可以继续通过智能化精准喷氨等技术措施来防止氨逃逸的产生。

参考文献：

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