基于燃煤電廠選擇性催化還原(SCR)脫硝原理,揭示氨逃逸的原因和對機組運行的危害。分析認為,影響SCR脫硝系統氨逃逸率的因素包括脫硝催化劑性能、煙氣流場均勻性、鍋爐運行方式、噴氨控制邏輯、儀器儀表及測量方式等。針對SCR系統氨逃逸率的影響因素,結合電廠機組實際運行情況,提出降低氨逃逸率的控制策略,可為國內燃煤電廠超低排放改造及SCR系統性能優化提供參考。

0 引言

隨著環保標準的日益提高，燃煤電廠現有環保裝置需要進行超低排放改造，要求在基準氧含量為6%的條件下，NOx排放質量濃度不高于50mg /m3( 標態) 。脫硝超低排放技術路線大多采用低氮燃燒器和選擇性催化還原( SCR) 組合方式，脫硝效率和NH3逃逸率是衡量SCR脫硝系統的兩個重要性能指標。電廠機組通過更換或增加催化劑層，實現較高的脫硝效率，滿足NOx排放要求，同時控制氨逃逸率在3×10－6以下。

電廠實際運行過程十分復雜，難以達到排放指標時，往往通過增加噴氨量來提高脫硝效率，造成氨逃逸率超標。過量的逃逸氨和煙氣中的SO3發生反應生成硫酸氫銨，導致空氣預熱器堵塞、除塵效率下降、催化劑受損等一系列問題，嚴重時還會影響機組運行，降低系統經濟性和安全性。嚴格控制脫硝系統氨逃逸率已是燃煤機組運行不容忽視的問題。本文通過揭示脫硝系統氨逃逸形成原因、影響因素，探討氨逃逸率控制技術方法，為國內燃煤電廠超低排放改造及實際機組運行提供參考。

1 氨逃逸的生成機理及危害

燃煤電廠SCＲ 脫硝反應器中，NH3選擇性催化還原煙氣中NOx的主要化學反應為:

4NH3 + 4NO + O2 = 4N2 + 6H2O， ( 1)

4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O， ( 2)

4NH3 + 2NO2 + O2 = 3N2 + 6H2O， ( 3)

8NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O。( 4)

煙氣中90% ～ 95%的NOx以NO 形式存在，以上反應中以反應( 1) 為主。NO 與NH3的摩爾比為1∶1理論上講1 mol 的NH3可以完全還原1 mol 的NO。實際運行中，受反應條件限制和副反應的影響，無法保證NO 完全脫除，所以SCR脫硝反應效率一般在95%左右。

燃煤煙氣中含有一定質量濃度的SO2以及少量SO3，SO2在催化劑作用下進一步氧化生成SO3，SO3與NH3及水蒸氣反應生成硫酸氫銨與硫酸銨。

通常條件下，硫酸氫銨的露點為147 ℃，其凝結物呈中度酸性且具有很大黏性，黏附在催化劑和空氣預熱器的換熱元件表面上，加劇換熱元件的腐蝕和堵灰，影響換熱效果和鍋爐效率，且飛灰中氨含量增大，濕法脫硫廢水及空氣預熱器清洗水中氨含量也會相應增大。

硫酸氫銨形成溫度隨著NH3和SO3質量分數乘積的升高而升高，影響規律如圖1所示。電廠鍋爐空氣預熱器冷端運行溫度一般低于硫酸氫銨的露點，加大了受熱面堵塞和腐蝕風險。為保證機組安全穩定運行，必須嚴格控制SCＲ脫硝系統噴氨量及氨逃逸率。

2 影響氨逃逸率的主要因素

2.1 脫硝催化劑性能

脫硝催化劑活性是影響氨逃逸率的根本原因，煙氣溫度、含水率、氧含量、煙塵質量濃度等因素均會對催化劑活性產生影響。煙氣中的堿金屬、砷元素等容易引起催化劑中毒，催化劑長期運行中發生燒結堵塞、腐蝕、硫酸銨鹽和飛灰沉積等，均會使其活性降低，導致未反應的氨量增加。隨著脫硝效率的升高，氨逃逸率呈升高趨勢，當脫硝效率高于設計值時，氨逃逸率大幅度增加，如圖2所示。

隨著運行時間的增加，催化劑活性下降，脫硝效率降低，要維持較高的脫硝效率和較低的NOx排放質量濃度，實際運行中往往需要提高氨氮摩爾比，勢必會導致氨逃逸率急劇增加，進一步使催化劑活性降低，引發惡性循環。

2.2 流場均勻性

煙氣流場均勻性是指SCＲ脫硝系統入口煙氣來流均勻性及噴氨后氨氮混合均勻性。在煙道的轉彎、收縮、擴張段，由于流動空間的改變，氣流被迫改變運動方向，出現渦流，造成流動速度的分層和改變，導致煙氣流場不均勻。運行過程中，導流板磨損、積灰、噴嘴堵塞、煙氣流量超過設計值等因素也會導致流場不均，影響氨氮摩爾比分布。

流場和氨氮摩爾比分布不均勻會導致脫硝效率下降，且氨氮摩爾比分布偏差越大，對脫硝效率影響越大。當氨氮摩爾比不均勻時，在氨氮摩爾比減小的區域，脫硝效率下降，而氨氮摩爾比增大超過1的區域，脫硝效率并不能因此增大，從而使總的脫硝效率下降。尤其是在超低排放要求下，要求的脫銷效率越高，氨氮摩爾比不均勻性的影響越明顯，氨逃逸率增長趨勢也越明顯。由圖3可見，當脫硝效率為92%時，當氨氮摩爾比偏差從2% 增加到12% 時，氨逃逸率從1.00 ×10－6增加到8.00 ×10-6。

2.3 鍋爐運行方式

機組負荷、煙溫、燃燒狀況等運行參數對脫硝效率和氨逃逸率有明顯影響。過高的燃盡風率或過高的氧含量可增加SCR入口NOx質量濃度，進而影響脫硝系統運行參數和氨逃逸率。一般認為，SCR反應器內煙溫降低使催化劑活性下降，導致氨逃逸率增加，煙溫不能長期低于SCR脫硝系統連續噴氨溫度，否則將導致硫酸氫銨生成和催化劑失活。也有研究表明，機組低負荷運行時，煙氣在催化劑層停留時間增加可削弱催化劑活性降低的影響，通過設定合適的脫硝效率，能夠有效控制系統氨逃逸率。

2.4 噴氨控制系統

脫硝系統噴氨控制系統一般采用固定氨氮摩爾比或固定SCR出口NOx質量濃度的控制方式。固定氨氮摩爾比控制原理是依據脫硝效率，按照固定的氨氮摩爾比脫除煙氣中NOx，其控制邏輯如圖4 所示。固定SCR出口NOx質量濃度控制方法的主控制回路與固定氨氮摩爾比的控制方式基本相同，不同之處在于引入了反應器出口NOx質量濃度，脫硝效率根據反應器入口NOx質量濃度和反應器出口NOx質量濃度設定值計算獲得，氨氮摩爾比是脫硝效率的函數。

編輯：李丹