浅谈氨逃逸率分析仪在电力行业的应用

当前国家对环境保护提出了高标准，越来越多的火力发电厂采用烟气脱硝装置来减少NOx气体的排放，脱硝所用的还原剂主要采用的是液氨，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。 
　1 烟气脱硝系统 
　　我厂三期2×630MW机组都安装了烟气脱硝装置，装置布置在尾部烟道省煤器出口空 
　　气预热器进口前，采用干法脱硝工艺，以尿素作为还原剂，加装催化剂进行选择性催化还原法（SCR）对燃烧后的烟气进行脱硝处理，降低NOx的排放。 
　1.1 SCR法原理及流程 
　　SCR技术是还原剂（NH3、尿素）在催化剂作用下，选择性的与NOx反应生成N2和H2O，主要反应如下： 
　　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测试控制系统。因为我厂是燃煤锅炉，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，而尿素溶液被热风雾化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NH3的泄露问题。 
　1.2 参数设计及主要偏差因素 
　　结合实际设计所用的材料和流程，脱硝工程施工单位和我厂共同做出了一些运行中规定的参数要求和规定值，另外具体实际生产中遇到的问题对设计值也有所影响和冲击，需要不断地进行纠正寻找合理值。 
　1.2.1 参数设计要求 
　　针对于脱硝工艺确定的一些参数要求：烟气温度、脱硝效率、氨逃逸率、脱硝系统进出口的NOx含量等。详细情况参加下表： 
　1.2.2 主要偏差因素 
　　表一中给出的数据仅为脱硝系统安装时的设计值，对于实际安装和投入生产运行后往往很多都无法达到设计要求的，像催化剂、脱硝效率、脱硝系统进出口NOx含量、尿素溶液雾化热风温度、脱硝设备年运行小时数、氨逃逸率问题。 
　　催化剂没有像设计中安装3层而是仅仅安装了中下两层，上层没有安装，另外寿命问题，因为催化剂价格的原因，我厂#6炉从11年底脱硝投入今历时三年多均未更换过催化剂，催化剂严重老化，达到使用寿命上限。 
　　脱硝效率从投入以来都无法达到设计值的80%，一方面是因为热控逻辑上测点的不准确造成的计算问题，另一方面确实是难以很好的控制住脱硝进出口的NOx含量来达到脱硝效率合格，所以运行中往往采用各种调整尽量降低进口NOx含量，但是出口含量又没有很好改观下，这样就会使效率计算值低于设计值。 
　　尿素溶液在进入反应器前要经过热风雾化分解，我厂热风来源为热一次风母管来的接近300℃的热一次风经过电加热器加热到350℃以后在热解炉中对尿素溶液进行雾化分解，但是因为负荷、电加热器或是环境温度问题，造成热风温度偏低，甚远低于设计值。 
　　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。 
　2 氨逃逸率的控制 
　　要想控制好氨逃逸率，就必须要了解影响氨逃逸率的一些因素，才能从运行调整和设备上做出改变来控制氨逃逸率。 
　2.1 影响因素 
　　在脱硝过程中由于氨的不*反应，SCR脱硝过程中氨逃逸是难免的，逃逸率也会随着时间发生改变，主要有以下因素： 
　　（1） 注入氨流量分布不均； 
　　（2） 烟气温度； 
　　（3） 催化剂老化，甚寿命达到上限； 
　　（4） 脱硝反应区堵塞； 
　　（5） 尿素热解风温度偏低、风量偏小； 
　　（6） 尿素溶液量； 
　　（7） 燃烧波动； 
　　（8） 人为因素。 
　　以上因素主要是在运行调整中遇到的居多，对于设备上的其他因素在这里不给于过多探讨和研究了，主要是因为已经选定的设计好的脱硝工艺，就不做讨论了。 
　2.2 如何控制 
　　（1）对于氨流量分布不均造成的逃逸率偏差，可以通过调整热解炉出口的调节阀分配去两侧反应器的量，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。 
　　（2）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。本脱硝工艺所选用的催化剂在300～420℃范围为佳，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）催化剂存在着使用寿命，一旦使用时间过长老化，催化效果就会差，脱硝反应也会变差，在为保证环保合格的情况下大量pen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，要增加设计值。 
　　（4）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，所以我们就要在反应区另外增加吹灰器，我厂采用的是声波吹灰器，布置于催化剂层，但是吹灰间隔时间久，另外因为使用的是仪用压缩空气所以往往压力稍低，疏水不及时，造成声波吹灰器效果不好。可以增加吹灰次数；提高吹灰气源压力；经常性的对气源罐进行疏水；每次脱硝投入或是机组启动开启风烟系统前要先启动声波吹灰器；运行中也要检查吹灰器工作正常。 　　（5）尿素的雾化分解情况对于脱硝反应很明显，也直接决定着氨逃逸率，而尿素能否充分的雾化分解和热风温度及风量成正比关系。具体办法：对于热风温度，当风量足够时，可适当降低一些使经过电加热器后热风温度不太低，也可以通过提高热一次风温度；而对于热风风量，设计值是不低于3200 Nm3/h，必须严格执行，如果风量测点出现问题造成不准失去参考时要及时处理，保证风量不低于设计值，适当的在热风温度不低和一次风母管压力足够的情况下增加热风量。 
　　（6）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，保证尿素能够充分雾化分解，进入反应区后不于太多造成逃逸率过大，或是尿素不足带来环保不合格。 
　　（7）当锅炉燃烧扰动时要及时根据脱硝反应器进口的NOx含量对尿素进行调整分配，防止氨逃逸率过大或是两侧偏差大，甚因为调整不到位带来的环保超标问题。 
　　（8）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。 
　　以上是一些针对具体问题在运行上可以采用的调整手段，但是对于具体手段可以做出的操作就是运行的常规性调整操作，可以参考各人自己的调整方法。 
　3 氨逃逸率的影响 
　　烟气中不仅含有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： 
　　生成的硫酸氢铵通常运行温度下，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不好好控制的话会造成生成的硫酸氢铵过于量大，大量的硫酸氢铵以液态形式在烟气或是脱硝反应器及以后的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，这些在我厂#6炉出现过多次问题，因为逃逸率过大造成的大量硫酸氢铵生成，使得当前脱硝调整难于控制经常造成环保超标，同时空气预热器的堵灰也带来了更多的问题，一次风机及引风机的出力增加和抢风失速问题，给运行带来了危机。 
　　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，也增加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。 
　　由此可以看出脱硝逃逸率控制的重要性，本身在环保合格的基础上降低逃逸率也可以减少尿素的有效使用量，尿素本身作为无毒的脱硝还原剂成本就很高，少用就可以带来了经济上的利益化。 
　4 结语 
　　本文针对火电厂脱硝提出了一些自己在运行工作中如何控制氨逃逸率的建议，并结合实际中遇到的问题阐述了氨逃逸率控制对电厂运行中设备和经济性上的影响，肯定还有不足需要再探索再提升。