燃煤电厂SCR脱硝系统氨逃逸率控制技术研究周强

燃煤电厂SCR脱硝系统氨逃逸率控制技术研究周强

周强

（身份证号码：45032219851201xxxx；中电广西防城港电力有限公司广西防城港538002）

摘要：近几年，我国燃煤电厂发展的十分迅速。基于燃煤电厂选择性催化还原（SCＲ）脱硝原理，揭示氨逃逸的原因和对机组运行的危害。分析认为，影响SCＲ脱硝系统氨逃逸率的因素包括脱硝催化剂性能、烟气流场均匀性、锅炉运行方式等。针对SCＲ系统氨逃逸率的影响因素，提出降低氨逃逸率的控制策略，可为国内燃煤电厂超低排放改造及SCＲ系统性能优化提供参考。

关键词：燃煤电厂；SCR脱硝系统；氨逃逸率；控制技术

引言

随着环保标准的日益提高，燃煤电厂现有环保装置需要进行超低排放改造，要求在基准氧含量为6%的条件下，NOx排放质量浓度不高于50mg/m3（标态）。电厂实际运行过程十分复杂，难以达到排放指标时，往往通过增加喷氨量来提高脱硝效率，造成氨逃逸率超标。过量的逃逸氨和烟气中的SO3发生反应生成硫酸氢铵，导致空气预热器堵塞、除尘效率下降、催化剂受损等一系列问题，严重时还会影响机组运行，降低系统经济性和安全性。严格控制脱硝系统氨逃逸率已是燃煤机组运行不容忽视的问题。本文通过揭示脱硝系统氨逃逸形成原因、影响因素，探讨氨逃逸率控制技术方法，为国内燃煤电厂超低排放改造及实际机组运行提供参考。

1影响氨逃逸率的主要因素

1.1脱硝催化剂性能

脱硝催化剂活性是影响氨逃逸率的根本原因，烟气温度、含水率、氧含量、烟尘质量浓度等因素均会对催化剂活性产生影响。烟气中的碱金属、砷元素等容易引起催化剂中毒，催化剂长期运行中发生烧结堵塞、腐蚀、硫酸铵盐和飞灰沉积等，均会使其活性降低，导致未反应的氨量增加。随着脱硝效率的升高，氨逃逸率呈升高趋势，当脱硝效率高于设计值时，氨逃逸率大幅度增加。

随着运行时间的增加，催化剂活性下降，脱硝效率降低，要维持较高的脱硝效率和较低的NOx排放质量浓度，实际运行中往往需要提高氨氮摩尔比，势必会导致氨逃逸率急剧增加，进一步使催化剂活性降低，引发恶性循环。

1.2流场均匀性

烟气流场均匀性是指SCＲ脱硝系统入口烟气来流均匀性及喷氨后氨氮混合均匀性。在烟道的转弯、收缩、扩张段，由于流动空间的改变，气流被迫改变运动方向，出现涡流，造成流动速度的分层和改变，导致烟气流场不均匀。运行过程中，导流板磨损、积灰、喷嘴堵塞、烟气流量超过设计值等因素也会导致流场不均，影响氨氮摩尔比分布。

流场和氨氮摩尔比分布不均匀会导致脱硝效率下降，且氨氮摩尔比分布偏差越大，对脱硝效率影响越大。当氨氮摩尔比不均匀时，在氨氮摩尔比减小的区域，脱硝效率下降，脱硝效率并不能因此增大，从而使总的脱硝效率下降。尤其是在超低排放要求下，要求的脱销效率越高，氨氮摩尔比不均匀性的影响越明显，氨逃逸率增长趋势也越明显。当脱硝效率为92%时，当氨氮摩尔比偏差从2%增加到12%时，氨逃逸率从1．00×10－6增加到8．00×10－6。

1.3锅炉运行方式

机组负荷、烟温、燃烧状况等运行参数对脱硝效率和氨逃逸率有明显影响。过高的燃尽风率或过高的氧含量可增加SCＲ入口NOx质量浓度，进而影响脱硝系统运行参数和氨逃逸率。一般认为，SCＲ反应器内烟温降低使催化剂活性下降，导致氨逃逸率增加，烟温不能长期低于SCＲ脱硝系统连续喷氨温度，否则将导致硫酸氢铵生成和催化剂失活。也有研究表明，机组低负荷运行时，烟气在催化剂层停留时间增加可削弱催化剂活性降低的影响，通过设定合适的脱硝效率，能够有效控制系统氨逃逸率。

2氨逃逸率控制技术

2.1流场优化

实际运行过程中，SCＲ脱硝系统中气流流动非常复杂，在烟道内设置导流板可有效改善速度分层现象。导流板后可加装气流均布器（在第1层催化剂上方加装整流格栅等），利用局部的紊流改善流场速度不均匀的状况。根据不同机组的具体情况，合理设置导流板的位置、数量、形式等，在改善流场的同时要尽可能低地增加系统压降。

氨喷入之后与烟气混合的均匀性集中在氨的喷射方式和喷氨后与烟气的混合两个方面，主要取决于喷氨格栅形式及氨烟静态混合器的选型与布置。国内外开发并应用于工程实际的喷氨装置包括线性控制喷氨格栅、分区控制喷氨格栅和静态涡流混合器技术。线性控制喷氨格栅技术成熟，应用最广；分区控制喷氨格栅是利用分区流量调节技术，使喷氨量适应烟气中NOx的分布；涡流混合器技术使NH3与NOx混合气体在混合元件诱导下形成稳定的涡流或旋流，加强扰动，强化湍流扩散。线性控制喷氨格栅和分区控制喷氨格栅依靠数量多、口径小的喷嘴实现均匀喷氨，但也正因为这一特点，运行过程中喷嘴堵塞后，反而难以实现均匀喷氨，影响氨氮摩尔比分布的均匀性。静态涡流混合器克服了小喷嘴容易堵塞的问题，具有良好的操作弹性，其难点在于静态混合器的结构设计，以及开发高效低阻扰流装置，缩短混合段距离。

2.2控制系统优化

针对SCＲ脱硝控制系统大滞后、大延时问题，通过引入预测控制、融合改进的状态变量控制、相位补偿控制等技术，提前预测被调量未来变化趋势，提高脱硝系统闭环稳定性和抗扰动能力。基于预测控制和智能前馈技术的脱硝喷氨优化控制策略。该技术通过考虑SCＲ上游锅炉侧多个扰动变量对SCＲ脱硝过程的影响，将多参数进行拟合作为扰动变量，实现预测控制和提前调节。此外，稳定的喷氨量控制取决于高质量的氨气质量流量计、氨量调节阀和最佳的控制参数。在同等设备和控制条件下，通过控制系统优化，改善喷氨时机，特别是提高喷氨控制系统对机组负荷变化的响应速度，避免机组负荷变化时喷氨量未及时跟踪而使氨逃逸率超标。

2.3机组运行优化及检修维护

在脱硝超低排放改造时，根据机组情况，可优先进行低氮燃烧优化改造，从源头上减少NOx生成量。采取炉内燃烧优化调整措施，通过调整氧量，调整分离燃尽风（SOFA）风门开度，合理搭配煤种等，降低脱硝装置入口NOx质量浓度。机组运行过程中，加强氨逃逸监测，定期对现有催化剂进行检测分析，尤其要关注脱硝装置催化剂压差、系统阻力、空气预热器阻力等参数。

停炉检修时，需检查喷氨格栅喷嘴堵塞情况，对堵塞的喷嘴进行吹扫清理，加强喷氨系统阀门的维护，使喷氨调节阀有良好的调节特性，减少内漏量。重视脱硝吹灰器的检查与维护，对催化剂积灰、磨损情况进行及时清理和修复，按规定测试催化剂活性，必要时增加催化剂层或更换催化剂，提高脱硝效率，降低氨逃逸率。

结语

燃煤电厂超低排放改造对SCＲ脱硝系统提出了新的要求，在实现较高的脱硝效率的同时要保证较低的氨逃逸率。影响氨逃逸率的主要因素包括脱硝催化剂性能、机组运行方式、烟气流场均匀程度、喷氨控制逻辑、测量方法和仪表等。采取以下措施，可有效控制氨逃逸率。

（1）选择合适的喷氨格栅及氨烟混合装置，合理布置导流板、整流格栅等，提高SCＲ脱硝系统烟气流场均匀性及氨氮混合均匀性，降低氨氮摩尔比分布偏差。

（2）进行SCＲ脱硝控制系统优化，通过预测控制技术进行提前控制，改善控制逻辑的滞后和延时特性，提升喷氨控制系统对机组负荷变化的响应速度。

（3）做好停炉检修工作，定期检查催化剂性能并及时处理催化剂磨损和堵塞问题，保证较高的脱硝效率，降低氨逃逸率。

参考文献：

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［2］胡劲逸．基于氨逃逸浓度场的SCＲ喷氨协调优化控制［D］．杭州：浙江大学，2015．

［3］刘秀如，赵勇，孙漪清，等．燃煤电厂SO3控制及脱除技术研究进展［J］．电力科学与工程，2018，34（2）：56－62．