论文部分内容阅读
（大唐长春第二热电有限责任公司）
摘 要：选择性催化还原（SCR）烟气脱销技术是目前世界上先进的火力发电厂烟气脱销主流技术之一。为控制脱销过程中氨的使用量及保护设备，必须监测SCR出口的氨逃逸量，并且要通过运行方式的优化来控制氨逃逸率。
关键词：氨逃逸；SCR； 烟气脱销；影响因素
1 引言
烟气脱硝装置（SCR）是目前各大火电厂重要的环保设施。通过喷氨和催化剂将烟气中的NOX进行脱除，在实际运行过程中，喷氨量的控制，将直接影響到脱硝的效率，影响NOX以及逃逸氨的达标排放，并会影响到催化剂的使用寿命，从而影响整体的脱硝运行成本。因此，如何合理的进行喷氨调整和控制，是每个SCR用户都关心的重要问题。为控制脱销过程中氨的使用量及保护设备，必须监测SCR出口的氨逃逸量，并且要通过运行方式的优化来控制氨逃逸率。
2 烟气脱硝系统
在SCR脱销工艺中，催化剂安放在反应器的箱体内。催化剂单元通常垂直布置，烟气由上向下流动。氨气作为脱硝剂被喷入高温烟气脱硝装置中，在催化剂的作用下将烟气中 NOX分解成为N2和H2O，主要反应如下：
4NO + 4NH3 +O2 →4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 +O2 →3N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 →7N2 + 12H2O
NO + NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O
SCR脱硝系统包括催化剂反应器、氨储运系统、氨喷射系统及相关的控制系统。因燃煤锅炉烟气中含尘量比较大，所以催化剂分三层被安装在反应器的箱体内，垂直布置，烟气自上而下流动，而尿素溶液被热解或水解后经过喷射系统进入反应器。
采用该种脱硝工艺和布置方式，优点就是脱硝效率高，烟气温度高也满足催化剂的反应要求，但是缺点就是烟气中飞灰含量高，对催化剂防磨损、堵塞及钝化性能要求高，投资和操作费用大，增加了成本，同时也存在着氨的泄露问题。
3 氨逃逸率影响因素及控制方法
氨逃逸率是影响SCR系统运行的一项重要参数，实际生产中通常是多于理论量的氨被喷射入反应器，反应后在烟气下游多余的氨称为氨逃逸率，逃逸率是通过单位体积内氨含量来表示的。为了达到环保要求，往往需要一定过量的氨，所以也对应着会有一个合适的氨逃逸率值，该值设计为不大于3ppm，但是往往运行实际中偏大。在脱硝过程中由于氨的不完全反应，SCR脱硝过程中氨逃逸是难免的，氨逃逸率也会随着时间发生改变，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，可以通過调整热解炉或水解器出口的调节阀来控制去两侧反应器的氨流量，或是就地手动调整去各反应器的手动门来矫正氨流量不均的问题，但是后者往往采用较少，比较麻烦，前者效果明显。
3.2 烟气温度低。烟气温度决定着催化剂的效果，进而影响着反应效果，决定着逃逸率的大小。SCR脱硝工艺所选用的催化剂在300～420℃范围为最佳，所以要根据锅炉负荷和燃烧情况在满足的条件下维持烟气温度在最佳范围内，一旦因为负荷问题或是事故情况下要及时进行干预，保证烟气温度，除非达到脱硝保护逻辑设定的解列值除外。
3.3 催化剂老化，甚至寿命达到上限。催化剂存在着使用寿命，一旦使用时间过长老化，催化效果就会变差，脱硝反应也会变差，为保证环保合格而大量喷尿素就会造成氨逃逸率增加，所以当催化剂老化时要及时在停机大小修时进行更换，保证逃逸率合格的同时，也能更好做好环保。另外催化剂层数少了，要增加至设计值。
3.4 脱硝反应区堵塞。燃煤锅炉脱硝反应区处在高灰尘区，不可避免的会在反应区积累灰尘，积灰将会使反应变差，逃逸率增加。而炉本体的吹灰往往不会有很好的效果，所以可在反应区增加声波吹灰器，布置于催化剂层。但是如果吹灰间隔时间久或仪用压缩空气压力低，会造成声波吹灰器效果不好。因此可以通过增加吹灰次数、提高吹灰气源压力等方法提高吹灰效果。
3.5 尿素溶液量。由于设计上采用的尿素溶液的浓度已经确定，在不改变尿素溶液浓度的情况下，运行人员就要调整好尿素溶液量，保证尿素能够充分热解或水解，进入反应区后不至于太多造成逃逸率过大，或是尿素不足造成脱销效率过低。
3.6 燃烧波动。当锅炉燃烧扰动时要及时根据脱硝反应器进口的NOX含量对尿素量进行调整分配，防止氨逃逸率过大或是两侧偏差大，甚至因为调整不到位带来的环保超标问题。
3.7 喷氨格栅喷嘴堵塞。喷嘴堵塞将加剧氨逃逸的产生。一般喷氨格栅喷嘴方向（氨气喷入方向）与烟气流向相同，这样设计的优点是可避免高尘烟气直接冲击喷嘴而使高浓度烟尘堵塞喷嘴。但喷嘴顺烟气方向也有一定的弱点，一是氨气在混合阶段的停留时间短，与烟气的混合效果会明显弱于逆烟气方向喷入；二是同方向布置也不能完全避免喷嘴堵塞，在机组长时间运行的条件下，喷氨格栅上方烟道内钢支架以及扰流管逐步积灰形成一定厚度后成片掉落，从而堵塞正下方的喷嘴。因此可对喷嘴进行改进，在每个喷嘴上方安装一把“小伞”， 通过“小伞”的作用，将氨气同方向喷入改为逆方向喷入，延长氨气在混合阶段的停留时间，加强与烟气的混合，同时也避免了落灰堵塞喷嘴。
3.8 流场分布不均。流场分布是脱硝烟气系统设计最核心的部分。流场设计要解决2个问题，一是使烟气均匀地通过催化剂层，二是使氨气尽快地与烟气均匀混合，其中解决第2个问题更为重要。烟气通过催化剂的速度一般为4～6 m/s，而每层催化剂的高度一般约1米，这样每层催化剂的反应时间仅0.2秒左右。因此，如果在催化剂层部分区域存在氨气浓度过高，超过了脱硝需要，就会造成氨逃逸。流场设计的思路可如下： 在催化剂箱之前加强湍流，不进行烟气导流；催化剂箱上方尽量保留足够大的空间，在这个区域实现烟气均匀通过催化剂层，使氨气和烟气达到均匀混合[1]。 3.9 人为因素。加强脱硝系统流程的培训和学习，使运行人员都要熟悉脱硝调整的手段，及时发现问题，针对具体问题具体解决，不要出现误操作，带来脱硝氨逃逸率过大和环保超标问题。
4 控制氨逃逸率的意义
煙气中不仅含有NOX气体，同时也存在着SO2，而我们的脱硫装置一般布置在引风机出口后烟囱前，所以在脱硝反应器内必然会存在大量的SO2气体。催化剂中的活性组分钒在催化降解NOX的过程中，也会对SO2气体的氧化起到一定的催化作用，将SO2氧化成SO3，而反应生成的SO3与烟气中逃逸的氨反应生成硫酸氢铵和硫酸铵，其反应式如下[2]：
NH3 +SO3+ H2O→NH4HSO4
2NH3 +SO3+ H2O→（NH4）2SO4
在通常运行温度下，硫酸氢铵的露点为147℃，它以液体的形式在物体表面凝聚或是液滴的形式分散于烟气中。液态的硫酸氢铵是一种粘性很强的物质，在烟气中会黏附飞灰。同时，硫酸氢铵在低温下还具有吸湿性，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。
所以当氨逃逸率过大会造成生成的硫酸氢铵的量过大，大量的硫酸氢铵以液态形式在烟气或是脫硝反应器及空气预热器烟气侧换热面，不仅仅是会造成催化剂层的失效以及往后的烟气侧设备受热面堵塞，更会造成更大的严重问题，腐蚀设备降低寿命，增大设备出力，造成空气预热器堵灰，引风机的出力增加和抢风失速问题。风机出力的增加带来了厂用电率的增加，高负荷时出力的不足造成负荷上的限制，影响机组效益。同时时有发生的抢风失速问题不仅给风机本身带来伤害，也提高了机组运行的不安全性，降低了经济效益。另外，脱硝区的硫酸氢铵的腐蚀和积累，不仅会恶化降低催化剂使用寿命，同时也会带来环保指标不合格的大问题，给机组运行带来了不确定性，进而影响机组的经济效益。
由此可以看出脱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护脱硝系统设备；另一方面在环保合格的基础上降低逃逸率可以减少尿素的有效使用量，降低脱硝系统运行成本，提高经济效益。
5 结语
烟气脱硝装置中催化剂中毒、管路堵塞、设备腐蚀严重等设备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，是所有安装SCR脱硝装置机组所面临的问题，应该予以高度重视，要通过技术改造、优化运行调整等方式来降低氨逃逸率。
参考文献
[1]张志强，宋国升，等.某电厂600MW机组SCR脱硝过程氨逃逸原因分析[J].电力建设，2012，33（6）：67-70.
[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）：12-17.
摘 要：选择性催化还原（SCR）烟气脱销技术是目前世界上先进的火力发电厂烟气脱销主流技术之一。为控制脱销过程中氨的使用量及保护设备，必须监测SCR出口的氨逃逸量，并且要通过运行方式的优化来控制氨逃逸率。
关键词：氨逃逸；SCR； 烟气脱销；影响因素
1 引言
烟气脱硝装置（SCR）是目前各大火电厂重要的环保设施。通过喷氨和催化剂将烟气中的NOX进行脱除，在实际运行过程中，喷氨量的控制，将直接影響到脱硝的效率，影响NOX以及逃逸氨的达标排放，并会影响到催化剂的使用寿命，从而影响整体的脱硝运行成本。因此，如何合理的进行喷氨调整和控制，是每个SCR用户都关心的重要问题。为控制脱销过程中氨的使用量及保护设备，必须监测SCR出口的氨逃逸量，并且要通过运行方式的优化来控制氨逃逸率。
2 烟气脱硝系统
在SCR脱销工艺中，催化剂安放在反应器的箱体内。催化剂单元通常垂直布置，烟气由上向下流动。氨气作为脱硝剂被喷入高温烟气脱硝装置中，在催化剂的作用下将烟气中 NOX分解成为N2和H2O，主要反应如下：
4NO + 4NH3 +O2 →4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 +O2 →3N2 + 6H2O
6NO2 + 8NH3 →7N2 + 12H2O
NO + NO2 + 2NH3 →2N2 + 3H2O
SCR脱硝系统包括催化剂反应器、氨储运系统、氨喷射系统及相关的控制系统。因燃煤锅炉烟气中含尘量比较大，所以催化剂分三层被安装在反应器的箱体内，垂直布置，烟气自上而下流动，而尿素溶液被热解或水解后经过喷射系统进入反应器。
采用该种脱硝工艺和布置方式，优点就是脱硝效率高，烟气温度高也满足催化剂的反应要求，但是缺点就是烟气中飞灰含量高，对催化剂防磨损、堵塞及钝化性能要求高，投资和操作费用大，增加了成本，同时也存在着氨的泄露问题。
3 氨逃逸率影响因素及控制方法
氨逃逸率是影响SCR系统运行的一项重要参数，实际生产中通常是多于理论量的氨被喷射入反应器，反应后在烟气下游多余的氨称为氨逃逸率，逃逸率是通过单位体积内氨含量来表示的。为了达到环保要求，往往需要一定过量的氨，所以也对应着会有一个合适的氨逃逸率值，该值设计为不大于3ppm，但是往往运行实际中偏大。在脱硝过程中由于氨的不完全反应，SCR脱硝过程中氨逃逸是难免的，氨逃逸率也会随着时间发生改变，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，可以通過调整热解炉或水解器出口的调节阀来控制去两侧反应器的氨流量，或是就地手动调整去各反应器的手动门来矫正氨流量不均的问题，但是后者往往采用较少，比较麻烦，前者效果明显。
3.2 烟气温度低。烟气温度决定着催化剂的效果，进而影响着反应效果，决定着逃逸率的大小。SCR脱硝工艺所选用的催化剂在300～420℃范围为最佳，所以要根据锅炉负荷和燃烧情况在满足的条件下维持烟气温度在最佳范围内，一旦因为负荷问题或是事故情况下要及时进行干预，保证烟气温度，除非达到脱硝保护逻辑设定的解列值除外。
3.3 催化剂老化，甚至寿命达到上限。催化剂存在着使用寿命，一旦使用时间过长老化，催化效果就会变差，脱硝反应也会变差，为保证环保合格而大量喷尿素就会造成氨逃逸率增加，所以当催化剂老化时要及时在停机大小修时进行更换，保证逃逸率合格的同时，也能更好做好环保。另外催化剂层数少了，要增加至设计值。
3.4 脱硝反应区堵塞。燃煤锅炉脱硝反应区处在高灰尘区，不可避免的会在反应区积累灰尘，积灰将会使反应变差，逃逸率增加。而炉本体的吹灰往往不会有很好的效果，所以可在反应区增加声波吹灰器，布置于催化剂层。但是如果吹灰间隔时间久或仪用压缩空气压力低，会造成声波吹灰器效果不好。因此可以通过增加吹灰次数、提高吹灰气源压力等方法提高吹灰效果。
3.5 尿素溶液量。由于设计上采用的尿素溶液的浓度已经确定，在不改变尿素溶液浓度的情况下，运行人员就要调整好尿素溶液量，保证尿素能够充分热解或水解，进入反应区后不至于太多造成逃逸率过大，或是尿素不足造成脱销效率过低。
3.6 燃烧波动。当锅炉燃烧扰动时要及时根据脱硝反应器进口的NOX含量对尿素量进行调整分配，防止氨逃逸率过大或是两侧偏差大，甚至因为调整不到位带来的环保超标问题。
3.7 喷氨格栅喷嘴堵塞。喷嘴堵塞将加剧氨逃逸的产生。一般喷氨格栅喷嘴方向（氨气喷入方向）与烟气流向相同，这样设计的优点是可避免高尘烟气直接冲击喷嘴而使高浓度烟尘堵塞喷嘴。但喷嘴顺烟气方向也有一定的弱点，一是氨气在混合阶段的停留时间短，与烟气的混合效果会明显弱于逆烟气方向喷入；二是同方向布置也不能完全避免喷嘴堵塞，在机组长时间运行的条件下，喷氨格栅上方烟道内钢支架以及扰流管逐步积灰形成一定厚度后成片掉落，从而堵塞正下方的喷嘴。因此可对喷嘴进行改进，在每个喷嘴上方安装一把“小伞”， 通过“小伞”的作用，将氨气同方向喷入改为逆方向喷入，延长氨气在混合阶段的停留时间，加强与烟气的混合，同时也避免了落灰堵塞喷嘴。
3.8 流场分布不均。流场分布是脱硝烟气系统设计最核心的部分。流场设计要解决2个问题，一是使烟气均匀地通过催化剂层，二是使氨气尽快地与烟气均匀混合，其中解决第2个问题更为重要。烟气通过催化剂的速度一般为4～6 m/s，而每层催化剂的高度一般约1米，这样每层催化剂的反应时间仅0.2秒左右。因此，如果在催化剂层部分区域存在氨气浓度过高，超过了脱硝需要，就会造成氨逃逸。流场设计的思路可如下： 在催化剂箱之前加强湍流，不进行烟气导流；催化剂箱上方尽量保留足够大的空间，在这个区域实现烟气均匀通过催化剂层，使氨气和烟气达到均匀混合[1]。 3.9 人为因素。加强脱硝系统流程的培训和学习，使运行人员都要熟悉脱硝调整的手段，及时发现问题，针对具体问题具体解决，不要出现误操作，带来脱硝氨逃逸率过大和环保超标问题。
4 控制氨逃逸率的意义
煙气中不仅含有NOX气体，同时也存在着SO2，而我们的脱硫装置一般布置在引风机出口后烟囱前，所以在脱硝反应器内必然会存在大量的SO2气体。催化剂中的活性组分钒在催化降解NOX的过程中，也会对SO2气体的氧化起到一定的催化作用，将SO2氧化成SO3，而反应生成的SO3与烟气中逃逸的氨反应生成硫酸氢铵和硫酸铵，其反应式如下[2]：
NH3 +SO3+ H2O→NH4HSO4
2NH3 +SO3+ H2O→（NH4）2SO4
在通常运行温度下，硫酸氢铵的露点为147℃，它以液体的形式在物体表面凝聚或是液滴的形式分散于烟气中。液态的硫酸氢铵是一种粘性很强的物质，在烟气中会黏附飞灰。同时，硫酸氢铵在低温下还具有吸湿性，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。
所以当氨逃逸率过大会造成生成的硫酸氢铵的量过大，大量的硫酸氢铵以液态形式在烟气或是脫硝反应器及空气预热器烟气侧换热面，不仅仅是会造成催化剂层的失效以及往后的烟气侧设备受热面堵塞，更会造成更大的严重问题，腐蚀设备降低寿命，增大设备出力，造成空气预热器堵灰，引风机的出力增加和抢风失速问题。风机出力的增加带来了厂用电率的增加，高负荷时出力的不足造成负荷上的限制，影响机组效益。同时时有发生的抢风失速问题不仅给风机本身带来伤害，也提高了机组运行的不安全性，降低了经济效益。另外，脱硝区的硫酸氢铵的腐蚀和积累，不仅会恶化降低催化剂使用寿命，同时也会带来环保指标不合格的大问题，给机组运行带来了不确定性，进而影响机组的经济效益。
由此可以看出脱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护脱硝系统设备；另一方面在环保合格的基础上降低逃逸率可以减少尿素的有效使用量，降低脱硝系统运行成本，提高经济效益。
5 结语
烟气脱硝装置中催化剂中毒、管路堵塞、设备腐蚀严重等设备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，是所有安装SCR脱硝装置机组所面临的问题，应该予以高度重视，要通过技术改造、优化运行调整等方式来降低氨逃逸率。
参考文献
[1]张志强，宋国升，等.某电厂600MW机组SCR脱硝过程氨逃逸原因分析[J].电力建设，2012，33（6）：67-70.
[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）：12-17.