辛建全 陈皓 李任华
中油电能热电一公司 163000
摘 要： 选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术是火力发电厂烟气脱硝主流技术之一。为控制脱硝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。本文对氨逃逸率高的危害进行分析；对造成氨逃逸率高的原因进行阐述并对这些影响因素提出针对性防控措施。
关键词： SCR；烟气脱硝；氨逃逸率高；危害；影响因素；防控措施
概述
某厂#4机组锅炉型号为HG-1025/17.5-HM35，是由哈尔滨锅炉厂有限责任公司所生产。该锅炉机组是采用美国(ABB—CE)燃烧工程公司的引进技术设计和制造，配300MW汽轮发电机组的亚临界压力，单炉膛，带一次中间再热、平衡通风，自然循环汽包炉。
锅炉设计煤种为神华宝日希勒能源有限责任公司所产褐煤，校核煤种为大雁煤业有限责任公司所产褐煤。配有5台MPS190-IIC中速磨直吹式制粉系统，直流式煤粉燃烧器四角布置，双切圆燃烧，20只摆动式煤粉燃烧器采用水平浓淡煤粉燃烧技术。锅炉最大连续负荷(即BMCR工况)为设计参数，在机组电负荷为330.243MW时，锅炉的最大连续蒸发量为1025t/h，机组电负荷为300MW(即BRL工况)时，锅炉的额定蒸发量为960t/h。
2017年#4锅炉SCR装置甲、乙侧各加装一层催化剂层进行超低排放改造后，通过喷氨和催化剂将烟气中的NOX进行超低脱除，在实际运行过程中，喷氨量的控制，将直接影响到脱硝的效率，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，为控制脱硝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，并通过运行方式的优化来控制氨逃逸率。
1 烟气脱硝原理
在SCR脱硝工艺中，催化剂安装在反应器的箱体内。催化剂单元垂直布置，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。
采用该种脱硝工艺和布置方式，优点就是脱硝效率高，烟气温度能够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。
2 氨逃逸率高的危害
氨逃逸率是影响SCR系统运行的一项重要参数，合理控制氨逃逸率至关重要。因为如果控制不好，不仅使脱硝成本增加，而且机组安全运行也受到威胁。其危害性主要表现在以下几方面：
2.1 造成环境污染，影响环保指标
按照《火电厂烟气脱硝技术导则》（DL/296-2011）“采用SCR 工艺的脱硝装置氨逃逸浓度不宜大于2.3mg/m3”。
2.2 空气预热器换热面腐蚀、积灰堵塞
SCR系统正常运行时，反应器内残余的NH3与烟气中的SO3和H2O形成硫酸氢铵（NH4HSO4），硫酸氢铵是强腐蚀物，它在烟气温度为230℃时，开始从气态凝结为液态，对空气预热器中温段和低温段形成强腐蚀。硫酸氢铵具有很强的黏结性，通常迅速黏在传热元件表面进而吸附大量灰分，造成空气预热器堵灰。同时，烟气中约有1%的SO2被SCR催化剂转化为SO3，加剧了空气预热器冷端腐蚀和堵塞的可能。
2.3 引风机电耗增加
由于尾部烟道以及空预器积灰堵塞，使引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加负荷受限，影响机组效益。低负荷、低烟气量时引风机发生抢风现象，造成炉膛负压大幅波动，危机机组安全运行。同时由于空预器堵塞不均匀，引起一、二次风压和炉膛负压周期性波动， 堵塞严重时造成机组被迫停炉检修。
2.4 催化剂中毒
在SCR脱硝工艺中，尽管SO2氧化成SO3的转化率较低，但是在较低温度下SO3与NH3结合成的硫酸氢铵（NH4HSO4）或硫酸铵（NH4)2SO4附着在催化剂表面，其反应是如下：
NH3+SO3+H2O→NH4HSO4
2NH3+SO3+H2O→（NH4）2SO4
由此可见，随着催化剂层硫酸氢铵的腐蚀和积累，不仅降低反应性能以及使用寿命，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。
3、氨逃逸率高的原因及控制策略
实际生产中通常是高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，用单位ppm表示的。为了达到NOx的排放要求，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，但是实际运行中往往偏大。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，主要因素及防控措施如下：
3.1 脱硝烟气流速不均
烟气流速不均匀，喷氨格栅在各喷嘴出口的喷氨流量差异较大，稀释后的氨气在SCR进口烟道中的二次混合不理想，均可导致反应时的氨气浓度存在分布不均的现象，浓度高的地方氨逃逸量相对就会大一些。
因此，加强锅炉燃烧调整，调整好A/B两侧烟气量，保持基本平衡对称。另外，也要调整燃烧器风粉比，适当增加上层燃烧器配风量，可减少燃尽区燃烧型NOX的生成，减少SCR入口NOX浓度。
3.2 催化剂中毒、老化
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，脱硝反应效果也会变差，为保证NOx排放环保指标合格，而大量喷氨就会造成氨逃逸率增加。
所以当催化剂老化时要及在停机时进行更换，保证逃逸率合格的同时也能更好控制NOx的排放。另外#4炉催化剂层已增加至设计值，达到了超低排放的标准。
3.3 SCR装置入口烟气温度的影响
长时间低负荷运行SCR系统入口温度偏低，造成氨逃逸率高有以下两个方面：
（1）烟气温度低导致催化剂的效果减弱，进而直接影响反应效果，造成氨溢出量大。
（2）烟气温度低时，在脱硝效率（SCR入口NOx-出口NOx/SCR入口NOx*100%）设定值不变的情况下，为了满足脱硝效率，氨气自动调整门就会自动开大，导致氨逃逸率偏高。本炉SCR脱硝工艺所选用的V2O5/WO2催化剂在300～430℃范围，设计使用温度350℃为最佳，下图是脱硝效率与SCR系统入口温度的关系。
因此，首先加强烟温320℃以下和420℃以上等极端烟温条件下喷氨时间的控制，喷氨时间最多4-5小时，及时申请调整机组负荷，以改善烟温条件，防止催化剂永久失效、损坏，造成喷氨多逃逸高的恶性循环出现。
另外在事故情况下要及时进行调整， 尽可能地保证烟气温度；其次在温度允许范围内，及时调整脱硝效率定值。
3.4 SCR系统反应区积灰、结垢堵塞
燃煤锅炉脱硝反应区处在高灰尘区，不可避免地会在反应区积累灰尘，积灰将会使反应变差，逃逸率增加。为了防止有飞灰大颗粒产生的催化剂堵塞，首先必须保证脱硝灰斗和省煤器灰斗有效收集烟道中的飞灰，同时确保灰仓泵正常可靠地投入及时清空，始终保持烟道清洁；其次保证SCR系统声波吹灰器的除灰效果，如果吹灰间隔时间长或仪用压缩空气压力低，会造成声波吹灰效果不好，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。
4、结束语
烟气脱硝装置中催化剂中毒、反应器堵塞、设备腐蚀严重等问题其根本原因是氨逃逸率高造成的。因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氨气的有效使用量，降低脱硝系统运行成本，提高经济效益。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，主要还是要立足于微调与预防，并通过技术改造等方式来降低氨逃逸率。
参考文献
[1] 李王斌.《300MW级火力发电厂培训丛书》《环保设备及系统》.中国电力出版社，2015.7
[2] 蒋文举.《烟气脱硫脱硝技术手册》.化学工业出版社，2006.11
[3] 陈明.《脱硝系统氨逃逸率大对空预器的影响及防控措施》.华东电力，2014.6（第6期）