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燃煤電廠超低排放技術(shù)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(tǒng)的兩個(gè)重要性能指標(biāo)。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(yùn)行方式、噴氨控制邏輯、儀器儀表及測量方式等。
1氨逃逸的生成機(jī)理及危害
燃煤電廠SCＲ 脫硝反應(yīng)器中，NH3選擇性催化還原煙氣中NOx的主要化學(xué)反應(yīng)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(yīng)中以反應(yīng)(1)為主。實(shí)際運(yùn)行中，受反應(yīng)條件限制和副反應(yīng)的影響，無法保證NO完全脫除，所以SCR脫硝反應(yīng)效率一般在95%左右。
燃煤煙氣中含有一定質(zhì)量濃度的SO2以及少量SO3，SO2在催化劑作用下進(jìn)一步氧化生成SO3，SO3與NH3及水蒸氣反應(yīng)生成硫酸氫銨與硫酸銨。
硫酸氫銨形成溫度隨著NH3和SO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘積的升高而升高，影響規(guī)律如圖1所示。
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(zhì)量濃度等因素均會(huì)對催化劑活性產(chǎn)生影響。隨著脫硝效率的升高，氨逃逸率呈升高趨勢，當(dāng)脫硝效率高于設(shè)計(jì)值時(shí)，氨逃逸率大幅度增加。
2.2 流場均勻性
煙氣流場均勻性是指SCＲ脫硝系統(tǒng)入口煙氣來流均勻性及噴氨后氨氮混合均勻性。運(yùn)行過程中，導(dǎo)流板磨損、積灰、噴嘴堵塞、煙氣流量超過設(shè)計(jì)值等因素也會(huì)導(dǎo)致流場不均，影響氨氮摩爾比分布。
尤其是在超低排放要求下，要求的脫硝效率越高，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。脫硝效率為92%時(shí)，當(dāng)氨氮摩爾比偏差從2%增加到12%時(shí)，氨逃逸率從1.00×10－6增加到8.00×10-6。
2.3 鍋爐運(yùn)行方式
機(jī)組負(fù)荷、煙溫、燃燒狀況等運(yùn)行參數(shù)對脫硝效率和氨逃逸率有明顯影響。過高的燃盡風(fēng)率或過高的氧含量可增加SCR入口NOx質(zhì)量濃度，進(jìn)而影響脫硝系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和氨逃逸率
2.4 噴氨控制系統(tǒng)
脫硝系統(tǒng)噴氨控制系統(tǒng)一般采用固定氨氮摩爾比或固定SCR出口NOx質(zhì)量濃度的控制方式。固定氨氮摩爾比控制原理是依據(jù)脫硝效率，按照固定的氨氮摩爾比脫除煙氣中NOx。固定SCR出口NOx質(zhì)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(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度，脫硝效率根據(jù)反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度和反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度設(shè)定值計(jì)算獲得，氨氮摩爾比是脫硝效率的函數(shù)。
2.5 測量方法和儀表
由于氨逃逸的量級非常小，理論計(jì)算很難準(zhǔn)確，原位光學(xué)測量法可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。但準(zhǔn)確度容易受高溫、高塵惡劣工況的影響。
3氨逃逸率控制技術(shù)
3.1 流場優(yōu)化
實(shí)際運(yùn)行過程中，SCR脫硝系統(tǒng)中氣流流動(dòng)非常復(fù)雜，在煙道內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板可有效改善速度分層現(xiàn)象。導(dǎo)流板后可加裝氣流均布器(在第1層催化劑上方加裝整流格柵等)，利用局部的紊流改善流場速度不均勻的狀況。根據(jù)不同機(jī)組的具體情況，合理設(shè)置導(dǎo)流板的位置、數(shù)量、形式等，在改善流場的同時(shí)要盡可能低地增加系統(tǒng)壓降。
氨噴入之后與煙氣混合的均勻性集中在氨的噴射方式和噴氨后與煙氣的混合兩個(gè)方面，主要取決于噴氨格柵形式及氨煙靜態(tài)混合器的選型與布置。
3.2 控制系統(tǒng)優(yōu)化
針對SCR脫硝控制系統(tǒng)大滯后、大延時(shí)問題，通過引入預(yù)測控制、融合改進(jìn)的狀態(tài)變量控制、相位補(bǔ)償控制等技術(shù)，提前預(yù)測被調(diào)量未來變化趨勢，提高脫硝系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性和抗擾動(dòng)能力。穩(wěn)定的噴氨量控制取決于高質(zhì)量的氨氣質(zhì)量流量計(jì)、氨量調(diào)節(jié)閥和最佳的控制參數(shù)。在同等設(shè)備和控制條件下，通過控制系統(tǒng)優(yōu)化，改善噴氨時(shí)機(jī)，特別是提高噴氨控制系統(tǒng)對機(jī)組負(fù)荷變化的響應(yīng)速度，避免機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)噴氨量未及時(shí)跟蹤而使氨逃逸率超標(biāo)。
3.3 噴氨優(yōu)化調(diào)整
對于現(xiàn)役SCR脫硝系統(tǒng)，在不改造系統(tǒng)設(shè)備的情況下，通過噴氨格柵優(yōu)化調(diào)整，可改善氨氮摩爾比分布的均勻性。
3.4 測量儀表及測量方法改進(jìn)
超低排放改造時(shí)，應(yīng)按要求更合適精度的儀表，降低測量誤差對氨逃逸控制準(zhǔn)確度的不利影響。通過對SCR進(jìn)、出口流場的測試，采用多點(diǎn)取樣旁路管的方式，提高測點(diǎn)的取樣代表性。
3.5 機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化及檢修維護(hù)
采取爐內(nèi)燃燒優(yōu)化調(diào)整措施，通過調(diào)整氧量，調(diào)整分離燃盡風(fēng)(SOFA)風(fēng)門開度，合理搭配煤種等，降低脫硝裝置入口NOx質(zhì)量濃度。
停爐檢修時(shí)，需檢查噴氨格柵噴嘴堵塞情況，對堵塞的噴嘴進(jìn)行吹掃清理，加強(qiáng)噴氨系統(tǒng)閥門的維護(hù)，使噴氨調(diào)節(jié)閥有良好的調(diào)節(jié)特性，減少內(nèi)漏量。
4結(jié)論
(1)選擇合適的噴氨格柵及氨煙混合裝置，合理布置導(dǎo)流板、整流格柵等，提高SCR脫硝系統(tǒng)煙氣流場均勻性及氨氮混合均勻性，降低氨氮摩爾比分布偏差。
(2)進(jìn)行SCR脫硝控制系統(tǒng)優(yōu)化，通過預(yù)測控制技術(shù)進(jìn)行提前控制，改善控制邏輯的滯后和延時(shí)特性，提升噴氨控制系統(tǒng)對機(jī)組負(fù)荷變化的響應(yīng)速度。
(3)做好噴氨優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)噴氨量與煙氣中NOx分布相匹配，加強(qiáng)對噴氨噴嘴、供氨調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的檢修維護(hù)，防止出現(xiàn)局部過量噴氨。
(4)通過機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化和爐內(nèi)燃燒優(yōu)化調(diào)整，降低煙氣中NOx的質(zhì)量濃度，并使SCR入口煙氣參數(shù)滿足催化劑性能保證條件；同時(shí)，密切關(guān)注氨逃逸、催化劑壓差、空氣預(yù)熱器阻力等參數(shù)的變化。
(5)做好停爐檢修工作，定期檢查催化劑性能并及時(shí)處理催化劑磨損和堵塞問題，保證較高的脫硝效率，降低氨逃逸率。
