電廠鍋爐脫硝系統(tǒng)氨逃逸影響因素及調(diào)整策略研究

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1 引言

火電廠廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，為了降低氮氧化物排放量，多采用煙氣脫硝和低氮燃燒工藝。在煙氣脫硝工藝中，采用選擇性非催化還原法來提供還原劑，促進(jìn)燃燒效率，降低氮氧化物排放量。如果不使用催化劑，在高溫條件下，利用霧化噴槍向鍋爐爐膛內(nèi)噴射液氨或者尿素，促使煙氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)化成氮?dú)夂退瑴p少?gòu)U氣排放量，主要的反應(yīng)方程式如下:

2 電廠鍋爐脫硝系統(tǒng)氨逃逸的危害

在SNCR脫硝系統(tǒng)中，由于液氨或者尿素分解釋放氨氣，因此一旦還原劑過剩就會(huì)造成氨逃逸現(xiàn)象。氨逃逸的危害體現(xiàn)在以下方面:

對(duì)大氣環(huán)境的危害:氨氣是一種堿性氣體，在環(huán)境中容易與硝酸、硫酸等酸性氣體發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下:

產(chǎn)生的硫酸銨和硝酸銨氣溶膠是大氣污染的重要元兇，當(dāng)大氣環(huán)境中的含量過高時(shí)會(huì)出現(xiàn)霧霾。

對(duì)空氣預(yù)熱器的危害:脫硝過程中產(chǎn)生的煙氣中含有氨和三氧化硫，二者接觸會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硫酸氫銨和硫酸銨，反應(yīng)的方程式如下:

其中，NH4HSO4有粘附性，如果尿素的量是過量的，則尿素將與NH4HSO4反應(yīng)生成亞硫酸氫銨。亞硫酸氫銨具有腐蝕性，而且極具有吸濕性，很容易與油性物質(zhì)結(jié)合粘附在設(shè)備表面。一旦聚集將極容易引起設(shè)備堵塞問題，隨著停留時(shí)間的延長(zhǎng)，蓄熱部件表面材質(zhì)會(huì)受到嚴(yán)重腐蝕，會(huì)縮減設(shè)備壽命，使機(jī)組運(yùn)行周期縮短，維護(hù)成本大大提升。實(shí)際運(yùn)行中，在設(shè)備的低溫段更容易生成NH4HSO4，此時(shí)煙氣中的飛灰與NH4HSO4相結(jié)合，在空氣預(yù)熱器上積垢，造成空氣預(yù)熱器運(yùn)行阻力增加，不僅增加能耗，而且加速腐蝕。

對(duì)布袋除塵器的危害:脫硝系統(tǒng)中產(chǎn)生的煙氣中含有的氨、三氧化硫結(jié)合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成NH4HSO4粘附在布袋除塵器表面，引發(fā)堵塞，削弱除塵效果，而且設(shè)備能耗增加。生成需求下帶來引風(fēng)機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行，容易造成引風(fēng)機(jī)失速喘振的問題，設(shè)備維護(hù)成本增加，提高了機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)催化劑的危害:NH4HSO4低溫段吸濕性較強(qiáng)，煙氣中的水蒸氣被NH4HSO4吸收后會(huì)增強(qiáng)NH4HSO4的粘附性，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)設(shè)備的腐蝕性。另外，一旦粘附在催化劑上會(huì)造成催化劑堵塞問題，降低催化接觸面積，降低催化活性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生催化劑失效的問題。這種情況不僅增加了催化劑成本，而且加劇了氨逃逸，形成惡性循環(huán)。

對(duì)煙氣分析儀的危害:氨逃逸的情況下系統(tǒng)中生成較多的NH4HSO4和(NH4)2SO4。(NH4)2SO4會(huì)產(chǎn)生氣溶膠，這種物質(zhì)的粒徑范圍在0.07～0.70μm范圍內(nèi)，這是形成霧霾的重要組成物質(zhì)。一旦煙氣中的NH4HSO4含量過高，就會(huì)影響煙氣分析儀的檢測(cè)透光率，從而對(duì)檢測(cè)結(jié)果帶來不利影響。實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，煙氣分析儀檢測(cè)結(jié)果也將產(chǎn)生波動(dòng)影響，很大原因是煙氣霧霾阻礙了透光率，從而造成檢測(cè)結(jié)果偏差。

3 影響氨逃逸的原因

機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)會(huì)影響氨逃逸。還原劑噴入的量和頻率是相對(duì)固定的，如果機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷出現(xiàn)很大的波動(dòng)時(shí)，就會(huì)使溫度和煙氣流場(chǎng)造成變化，從而導(dǎo)致氮氧化物濃度分布不均勻。這樣的情況直接造成噴入的還原劑與鍋爐脫硝系統(tǒng)氮氧化物的反應(yīng)不及時(shí)不充分，部分區(qū)域還原劑過量，而部分區(qū)域還原劑不足，還原劑過量的區(qū)域會(huì)加劇氨逃逸。

噴氨量控制不均勻會(huì)影響氨逃逸。由于脫硝系統(tǒng)主要是依靠還原劑來降低氮氧化物濃度，因此在實(shí)際生產(chǎn)中通常采用過量的還原劑。通過噴入過量的液氨來促使氮氧化物排放指標(biāo)合格。但是實(shí)際生產(chǎn)中，由于鍋爐運(yùn)行的時(shí)間不同，各時(shí)間段的負(fù)荷情況不同，對(duì)應(yīng)的煙氣參數(shù)也不同，煙氣中的氮氧化物濃度也不同。如果噴入的氨過量，就會(huì)造成部分剩余氨沒有發(fā)生反應(yīng)，會(huì)隨著煙氣排出，不僅增加了還原劑成本，而且增加氨逃逸。

噴槍性能參數(shù)影響氨逃逸。噴槍的性能和設(shè)置參數(shù)直接影響氨與氮氧化物的接觸和反應(yīng)速率。若果噴槍霧化效果不好，不能使還原劑在短時(shí)間內(nèi)迅速霧化成均勻液滴，就會(huì)阻還原劑與煙氣接觸混合，從而降低脫硝效率，增加氨逃逸。

煙氣溫度影響氨逃逸。煙氣溫度直接影響的是催化劑，而催化劑活性和催化效率對(duì)氨逃逸產(chǎn)生影響。脫硝系統(tǒng)中采用的催化劑有最適宜的溫度范圍。而氨與氮氧化物發(fā)生反應(yīng)也有最適宜的溫度范圍。當(dāng)煙氣溫度位于前述兩個(gè)溫度范圍內(nèi)時(shí)會(huì)阻礙氨逃逸，當(dāng)煙氣溫度在催化劑的適宜溫度范圍內(nèi)，而不再氨與氮氧化物反應(yīng)的適宜溫度范圍內(nèi)，就會(huì)使氨與氮氧化物不能有效反應(yīng)，增加氨逃逸。

催化劑活性影響氨逃逸。如果反應(yīng)區(qū)的催化劑處在高濃度粉塵區(qū)，則煙氣流通過催化劑的過程中會(huì)導(dǎo)致大量粉塵被粘附在催化劑上，這樣就會(huì)使NH4HSO4粘附在催化劑上，造成催化劑堵塞，催化效率降低會(huì)增加氨逃逸。除了催化劑堵塞以外，還有催化劑中毒情況。如果燃料中含有雜質(zhì)較多，鍋爐脫硝系統(tǒng)反應(yīng)器催化劑活性以及煙氣分析可進(jìn)行綜合分析，判斷催化劑中毒的原因。避免催化劑中毒失去活性，降低氨逃逸。

氨氮摩爾比影響氨逃逸。溫度條件相同時(shí)，氨氮摩爾比提升有利于脫硝效率增加，氨逃逸量也增大。反之，氨逃逸量減少。因此需要工作人員綜合考慮。

4 不同運(yùn)行工況對(duì)氨逃逸的影響

燃燒情況不同會(huì)對(duì)氨逃逸帶來影響。

燃燒供氧量對(duì)氨逃逸的影響。不同供氧量情況下，脫硝反應(yīng)器入口處的氮氧化物以及反應(yīng)器出口處的氨逃逸會(huì)發(fā)生適應(yīng)性變化。研究人員對(duì)不同負(fù)荷以及不同供氧量的脫硝反應(yīng)器入口氮氧化物和氨逃逸情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，隨著鍋爐燃燒供氧量的增加，燃燒效率提升，脫硝反應(yīng)器入口處的氮氧化物增加，噴入的氨增加，脫硝反應(yīng)器出口處的氨逃逸也增加。

磨煤機(jī)組合方式對(duì)氨逃逸的影響。在同樣供氧量的情況下，磨煤機(jī)組合方式不同對(duì)脫硝反應(yīng)器入口氮氧化物和出口處的氨逃逸又不同的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在供氧量相同的情況下，下層磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)有利于延長(zhǎng)火焰長(zhǎng)度，脫硝反應(yīng)器入口處的氮氧化物濃度降低，反應(yīng)器出口處的氨逃逸降低。

一次風(fēng)粉濃度對(duì)氨逃逸的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在同樣的供氧量、同樣的磨煤機(jī)組合方式情況下，提升一次風(fēng)粉濃度，脫硝反應(yīng)器入口處的氮氧化物濃度降低，反應(yīng)器出口處的氨逃逸降低。

燃燒器擺角方位對(duì)氨逃逸的影響。當(dāng)燃燒器擺角位置發(fā)生改變時(shí)，燃燒效果不同。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)燃燒器擺角位置向下時(shí)，鍋爐爐膛火焰中心位置下移，更有利于促進(jìn)煤粉分級(jí)燃燒，此時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的氮氧化物量更少，氨逃逸降低。研究人員對(duì)不同燃燒器擺角方位對(duì)氨逃逸的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)適當(dāng)調(diào)低燃燒器擺角方向?qū)档偷趸餄舛纫约皽p少氨逃逸又效果。

送風(fēng)量對(duì)氨逃逸的影響。合理使用送風(fēng)量能夠調(diào)整燃燒效率。研究人員對(duì)相同工況情況下的送風(fēng)量影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在不同送風(fēng)開度情況下，煙氣中氮氧化物的生成量發(fā)生變化。當(dāng)調(diào)大送風(fēng)量時(shí)，脫硝系統(tǒng)入口處的氮氧化物含量降低，反應(yīng)器出口處的氨逃逸比小風(fēng)量情況下的氨逃逸更低。

5 預(yù)防氨逃逸的調(diào)整策略

針對(duì)脫硝系統(tǒng)氨逃逸的問題，結(jié)合影響氨逃逸的因素，電廠及工作人員可采取以下策略:

消除煙氣流量不均勻?qū)Π碧右菰斐傻挠绊憽９ぷ魅藛T應(yīng)定期對(duì)脫硝反應(yīng)器入口和出口處的氮氧化物濃度及氨逃逸情況進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)氮氧化物和氨濃度的分布及變化情況，對(duì)噴氨裝置參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，使噴入的氨不僅霧化均勻，而且能夠使噴入的氨量與煙氣中的氮氧化物量相匹配，消除煙氣流量不均勻造成的氨逃逸增加。

避免催化劑失效對(duì)氨逃逸造成的影響。注意保持催化劑的清潔度，定期進(jìn)行吹灰，避免催化劑堵塞。具體可采用超聲波協(xié)助吹灰，或者采取蒸汽吹灰的方法，提高吹灰效率，及時(shí)消除催化劑上停留的粉塵粘附物，降低氨逃逸。

合理調(diào)節(jié)煙氣溫度，減少氨逃逸。煙氣溫度應(yīng)盡量兼顧到催化劑活性的適宜溫度范圍以及氨與氮氧化物反應(yīng)的適宜溫度。通常情況下，煙氣溫度范圍保持在300～420℃可同時(shí)實(shí)現(xiàn)較好的催化效果，減少氨逃逸。

調(diào)節(jié)燃燒效率，減少氨逃逸。保持適當(dāng)?shù)墓┭趿浚{(diào)節(jié)送風(fēng)量，優(yōu)化磨煤機(jī)組合方式，適當(dāng)增加一次風(fēng)粉濃度，適當(dāng)下調(diào)燃燒器擺動(dòng)位置，優(yōu)化噴氨參數(shù)，減少氨逃逸。

6 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家對(duì)火電廠的排放指標(biāo)要求越來越嚴(yán)。面對(duì)日益收緊的環(huán)保形勢(shì)，火電廠脫硝系統(tǒng)氨逃逸問題必須得到重視。通過在技術(shù)層面上進(jìn)行氨逃逸影響因素的分析梳理，從煙氣燃燒效率、煙氣混合效率、自動(dòng)控制系統(tǒng)等多方面制定和采取措施，在確保鍋爐燃燒效率的基礎(chǔ)上，降低氨逃逸，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，避免大氣排放污染，保障電廠生產(chǎn)效益。