電廠鍋爐脫硝系統氨逃逸影響因素及調整策略研究

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1 引言

火電廠廢氣排放標準日趨嚴格，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噴射液氨或者尿素，促使煙氣中的氮氧化物轉化成氮氣和水，減少廢氣排放量，主要的反應方程式如下:

2 電廠鍋爐脫硝系統氨逃逸的危害

在SNCR脫硝系統中，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造成氨逃逸現象。氨逃逸的危害體現在以下方面:

對大氣環境的危害:氨氣是一種堿性氣體，在環境中容易與硝酸、硫酸等酸性氣體發生反應，反應方程式如下:

產生的硫酸銨和硝酸銨氣溶膠是大氣污染的重要元兇，當大氣環境中的含量過高時會出現霧霾。

對空氣預熱器的危害:脫硝過程中產生的煙氣中含有氨和三氧化硫，二者接觸會發生化學反應生成硫酸氫銨和硫酸銨，反應的方程式如下:

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，很容易與油性物質結合粘附在設備表面。一旦聚集將極容易引起設備堵塞問題，隨著停留時間的延長，蓄熱部件表面材質會受到嚴重腐蝕，會縮減設備壽命，使機組運行周期縮短，維護成本大大提升。實際運行中，在設備的低溫段更容易生成NH4HSO4，此時煙氣中的飛灰與NH4HSO4相結合，在空氣預熱器上積垢，造成空氣預熱器運行阻力增加，不僅增加能耗，而且加速腐蝕。

對布袋除塵器的危害:脫硝系統中產生的煙氣中含有的氨、三氧化硫結合發生化學反應，生成NH4HSO4粘附在布袋除塵器表面，引發堵塞，削弱除塵效果，而且設備能耗增加。生成需求下帶來引風機高負荷運行，容易造成引風機失速喘振的問題，設備維護成本增加，提高了機組運行風險。

對催化劑的危害:NH4HSO4低溫段吸濕性較強，煙氣中的水蒸氣被NH4HSO4吸收后會增強NH4HSO4的粘附性，同時增強對設備的腐蝕性。另外，一旦粘附在催化劑上會造成催化劑堵塞問題，降低催化接觸面積，降低催化活性，嚴重時會發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。

對煙氣分析儀的危害:氨逃逸的情況下系統中生成較多的NH4HSO4和(NH4)2SO4。(NH4)2SO4會產生氣溶膠，這種物質的粒徑范圍在0.07～0.70μm范圍內，這是形成霧霾的重要組成物質。一旦煙氣中的NH4HSO4含量過高，就會影響煙氣分析儀的檢測透光率，從而對檢測結果帶來不利影響。實際生產中，當機組負荷波動較大時，煙氣分析儀檢測結果也將產生波動影響，很大原因是煙氣霧霾阻礙了透光率，從而造成檢測結果偏差。

3 影響氨逃逸的原因

機組運行負荷出現較大波動時會影響氨逃逸。還原劑噴入的量和頻率是相對固定的，如果機組運行負荷出現很大的波動時，就會使溫度和煙氣流場造成變化，從而導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氮氧化物的反應不及時不充分，部分區域還原劑過量，而部分區域還原劑不足，還原劑過量的區域會加劇氨逃逸。

噴氨量控制不均勻會影響氨逃逸。由于脫硝系統主要是依靠還原劑來降低氮氧化物濃度，因此在實際生產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合格。但是實際生產中，由于鍋爐運行的時間不同，各時間段的負荷情況不同，對應的煙氣參數也不同，煙氣中的氮氧化物濃度也不同。如果噴入的氨過量，就會造成部分剩余氨沒有發生反應，會隨著煙氣排出，不僅增加了還原劑成本，而且增加氨逃逸。

噴槍性能參數影響氨逃逸。噴槍的性能和設置參數直接影響氨與氮氧化物的接觸和反應速率。若果噴槍霧化效果不好，不能使還原劑在短時間內迅速霧化成均勻液滴，就會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氨逃逸產生影響。脫硝系統中采用的催化劑有最適宜的溫度范圍。而氨與氮氧化物發生反應也有最適宜的溫度范圍。當煙氣溫度位于前述兩個溫度范圍內時會阻礙氨逃逸，當煙氣溫度在催化劑的適宜溫度范圍內，而不再氨與氮氧化物反應的適宜溫度范圍內，就會使氨與氮氧化物不能有效反應，增加氨逃逸。

催化劑活性影響氨逃逸。如果反應區的催化劑處在高濃度粉塵區，則煙氣流通過催化劑的過程中會導致大量粉塵被粘附在催化劑上，這樣就會使NH4HSO4粘附在催化劑上，造成催化劑堵塞，催化效率降低會增加氨逃逸。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較多，鍋爐脫硝系統反應器催化劑活性以及煙氣分析可進行綜合分析，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，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 不同運行工況對氨逃逸的影響

燃燒情況不同會對氨逃逸帶來影響。

燃燒供氧量對氨逃逸的影響。不同供氧量情況下，脫硝反應器入口處的氮氧化物以及反應器出口處的氨逃逸會發生適應性變化。研究人員對不同負荷以及不同供氧量的脫硝反應器入口氮氧化物和氨逃逸情況進行實驗，結果表明，隨著鍋爐燃燒供氧量的增加，燃燒效率提升，脫硝反應器入口處的氮氧化物增加，噴入的氨增加，脫硝反應器出口處的氨逃逸也增加。

磨煤機組合方式對氨逃逸的影響。在同樣供氧量的情況下，磨煤機組合方式不同對脫硝反應器入口氮氧化物和出口處的氨逃逸又不同的影響。實驗結果表明，在供氧量相同的情況下，下層磨煤機運行時間長有利于延長火焰長度，脫硝反應器入口處的氮氧化物濃度降低，反應器出口處的氨逃逸降低。

一次風粉濃度對氨逃逸的影響。實驗結果表明，在同樣的供氧量、同樣的磨煤機組合方式情況下，提升一次風粉濃度，脫硝反應器入口處的氮氧化物濃度降低，反應器出口處的氨逃逸降低。

燃燒器擺角方位對氨逃逸的影響。當燃燒器擺角位置發生改變時，燃燒效果不同。實驗結果表明，當燃燒器擺角位置向下時，鍋爐爐膛火焰中心位置下移，更有利于促進煤粉分級燃燒，此時系統產生的氮氧化物量更少，氨逃逸降低。研究人員對不同燃燒器擺角方位對氨逃逸的影響進行實驗，結果發現適當調低燃燒器擺角方向對降低氮氧化物濃度以及減少氨逃逸又效果。

送風量對氨逃逸的影響。合理使用送風量能夠調整燃燒效率。研究人員對相同工況情況下的送風量影響進行實驗，結果表明，在不同送風開度情況下，煙氣中氮氧化物的生成量發生變化。當調大送風量時，脫硝系統入口處的氮氧化物含量降低，反應器出口處的氨逃逸比小風量情況下的氨逃逸更低。

5 預防氨逃逸的調整策略

針對脫硝系統氨逃逸的問題，結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對氨逃逸造成的影響。工作人員應定期對脫硝反應器入口和出口處的氮氧化物濃度及氨逃逸情況進行檢測，根據氮氧化物和氨濃度的分布及變化情況，對噴氨裝置參數進行及時調整，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。

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

合理調節煙氣溫度，減少氨逃逸。煙氣溫度應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的適宜溫度。通常情況下，煙氣溫度范圍保持在300～420℃可同時實現較好的催化效果，減少氨逃逸。

調節燃燒效率，減少氨逃逸。保持適當的供氧量，調節送風量，優化磨煤機組合方式，適當增加一次風粉濃度，適當下調燃燒器擺動位置，優化噴氨參數，減少氨逃逸。

6 結語

國家對火電廠的排放指標要求越來越嚴。面對日益收緊的環保形勢，火電廠脫硝系統氨逃逸問題必須得到重視。通過在技術層面上進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、自動控制系統等多方面制定和采取措施，在確保鍋爐燃燒效率的基礎上，降低氨逃逸，延長設備壽命，避免大氣排放污染，保障電廠生產效益。