氨逃逸形成的原因及控制

隨著社會的發(fā)展，環(huán)保問題越來越重視，NOx的排放標(biāo)準(zhǔn)也提到新的高度，但是脫硝投入以來帶來不少問題，針對氨逃逸高這一問題進行探討和分析，本文主要探討氨逃逸在運行中的控制方法，以期對鍋爐設(shè)備安全和經(jīng)濟效益的提高有所幫助。 一、氨逃逸高的原因 氨逃逸是影響SCR系統(tǒng)運行的一項重要參數(shù)，實際生產(chǎn)過程中通常是多于理論量的氨到達反應(yīng)器，反應(yīng)后在煙氣下游多余的氨稱為氨逃逸，氨逃逸是通過單位體積內(nèi)氨含量來表示的。為了達到環(huán)保要求，往往需要一定過量的氨，所以也對應(yīng)著會有一個合適的氨逃逸值，該值設(shè)計為不大于5ppm，但是往往實際運行中偏大，主要有以下因素： （1）每只氨噴嘴噴氨流量分布不均，煙氣中存在氨水局部分布不均，煙氣流速不均勻，各噴嘴出口的噴氨量差異較大，濃度高的地方氨逃逸相對高一些。 （2）煙氣溫度，反應(yīng)溫度過低，NOx與氨的反應(yīng)速率降低，會造成NH?的大量逃逸，但是，反應(yīng)溫度過高，氨又會額外生成NO，所以，NH?存在*佳的反應(yīng)溫度，在SNCR氨的*佳反應(yīng)溫度800-1100℃；SCR反應(yīng)器是以活性成分為WO3和V2O5為催化劑蜂窩裝模塊，還原劑為來自上游SNCR系統(tǒng)的氨逃逸作為還原劑，在催化劑的作用下，氨水與NOx在315~380℃的溫度區(qū)間內(nèi)反應(yīng)，生成氮氣和水，達到脫硝的目的，如果溫度過高過低達不到反應(yīng)效果，勢必增加氨逃逸。 （3）催化劑堵塞，脫硝效率下降，為了保持環(huán)保參數(shù)不超標(biāo)，會噴更多的氨，這將引起惡性循環(huán)，催化劑局部堵塞、性能老化，導(dǎo)致催化劑各處催化效率不同，為了控制出口參數(shù)，只能增加噴氨量，從而導(dǎo)致局部氨逃逸升高。 （4）霧化風(fēng)量偏小，噴嘴霧化不好，氨水與煙氣不能充分混合，將產(chǎn)生大量的氨逃逸。 （5）氨水濃度，氨水濃度配置，濃度高低無法受控，憑著感覺配置，就目前C鍋爐而言，基本上氨水濃度高，氨水調(diào)閥開度過小，霧化不好易自關(guān)，導(dǎo)致氨逃逸高，操作難度大。 （6）燃燒波動時，SNCR入口煙氣中的NOx濃度大幅波動，往往會加大噴氨量，機械地實現(xiàn)“達標(biāo)排放”，過量的氨水，可導(dǎo)致氨逃逸增加，直接危及爐后設(shè)備和系統(tǒng)安全運行。 二、氨逃逸的控制 （1）對于噴氨流量分布不均造成的氨逃逸偏差，可以通過調(diào)整氨水噴嘴前的球閥控制，在平時操作中盡可能使旋轉(zhuǎn)噴嘴噴頭朝下，增加反應(yīng)時間，每只噴嘴噴氨分布均勻（其操作看壓力降），NH?與NO充分反應(yīng)，降低NH?/NO摩爾比，從而降低氨逃逸，達到脫硝效率與運行費用的平衡。 氨逃逸濃度增加還與氨水噴嘴密切相關(guān)，當(dāng)氨水噴嘴堵塞時將加劇逃逸氨的產(chǎn)生，應(yīng)在鍋爐運行過程中檢查氨水噴嘴，及時疏通或更換，確保氨水噴嘴正常投運。 （2）煙氣溫度決定著SNCR和SCR的反應(yīng)效果，進而影響氨逃逸的大小。煙氣溫度變化幅度大，在低負(fù)荷時，煙溫下降，局部煙溫太低，會引起催化劑活性下降，從而引起氨逃逸升高，本脫硝所選用的催化劑在315~380℃范圍為*佳，所以要根據(jù)鍋爐負(fù)荷和燃燒情況在滿足的條件下維持煙氣溫度在*佳范圍內(nèi)。煤粉專燒時，SCR反應(yīng)器溫度達到345℃左右，能很好滿足氮氧化物與氨水反應(yīng)條件，SCR反應(yīng)器反應(yīng)效率提高，SCR反應(yīng)器出口氮氧化物及氨逃逸濃度偏低，氮氧化物濃度平均達到60mg/m3，氨逃逸濃度平均達到2.8ppm；煤氣混燒時，SCR反應(yīng)器溫度只有300℃左右，此時通過鍋爐配風(fēng)調(diào)節(jié)提高鍋爐火焰中心位置或通過增加上層燃?xì)猓細(xì)饬刻岣逽CR反應(yīng)器溫度的方法，降低SCR反應(yīng)器出口氮氧化物及氨逃逸濃度。 （3）催化劑存在著使用壽命，一旦使用時間過長老化，催化效果就會變差，脫硝反應(yīng)也會變差，為保證環(huán)保合格的情況下大量噴氨就會造成氨逃逸增加，所以當(dāng)催化劑老化時要及時在停爐大小修時進行更換，保證氨逃逸合格的同時，也能更好做好環(huán)保。 （4）燃煤鍋爐，脫硝反應(yīng)區(qū)處在高灰塵區(qū)，會在反應(yīng)區(qū)積累灰塵，積灰將會使反應(yīng)變差，氨逃逸增加。鍋爐運行過程中SCR反應(yīng)器每周至少吹灰一次，清除SCR反應(yīng)器積灰提高SCR反應(yīng)器效率，降低氨逃逸濃度。 （5）霧化風(fēng)對于脫硝反應(yīng)明顯，也直接決定著氨逃逸，而氨水能否充分的霧化與風(fēng)量成正比關(guān)系，為提高氨水霧化效果，需提高壓縮空氣壓力在350kpa以上。 （6）當(dāng)鍋爐燃燒擾動時要及時根據(jù)脫硝反應(yīng)器入口的NOx含量對氨水進行調(diào)整分配，防止氨逃逸過大或兩側(cè)偏差大，甚至因為調(diào)整不到位帶來的環(huán)保超標(biāo)問題。鍋爐負(fù)荷變化會導(dǎo)致鍋爐煙氣量、煙氣溫度及SCR入口濃度變化。當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低時，煙氣量減少，煙氣中氮氧化物含量降低使得SCR反應(yīng)器內(nèi)流速降低，煙氣在催化劑上停留時間增加，提高了脫硝效率，從而降低了氨逃逸濃度。 （7）其他影響因素及防范 鍋爐煙氣在SCR反應(yīng)器停留時間為0.1～0.2s，為使鍋爐煙氣中殘留氨水與煙氣中的氮氧化物在催化劑作用下有足夠反應(yīng)時間，降低鍋爐SCR反應(yīng)器出口氮氧化物、氨逃逸濃度，通常選擇降低鍋爐爐膛負(fù)壓的方式進行，鍋爐運行過程中鍋爐爐膛負(fù)壓控制在-30～-50Pa之間，鍋爐燃燒穩(wěn)定，在SCR反應(yīng)器出口氮氧化物達標(biāo)排放前提下、氨逃逸濃度能有效控制。當(dāng)氨逃逸過大不好好控制的話會生成的硫酸氫銨，不僅會造成催化劑層的失效和空預(yù)器堵塞，更會造成更大的嚴(yán)重問題，腐蝕設(shè)備降低壽命。 總之，合理控制鍋爐SCR出口氨逃逸濃度能有效預(yù)防鍋爐空預(yù)器堵塞及減輕氨水對下游設(shè)備的腐蝕，SCR脫硝裝置在運行過程中應(yīng)對氨逃逸應(yīng)予以高度重視。鑒于此，有必要加強SNCR、SCR運行階段科學(xué)調(diào)控，將SCR裝置的氨逃逸率控制到3ppm左右，甚至以下，減輕氨逃逸后硫酸銨或硫酸氫銨生成對爐后設(shè)備的影響。 三、結(jié)論和建議 本文通過對燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)氨逃逸的分析，找出了影響氨逃逸的主要因素，并針對原因，提出了解決方案和措施。通過對氨逃逸危害的進一步認(rèn)識，在今后的運行中，要加強對氨逃逸含量的持續(xù)監(jiān)測，通過氨逃逸的含量來改進相應(yīng)工藝。 四、激光氨氣分析儀技術(shù)詳細(xì)描述 1、貨物配置表（單套） 序號 名稱 型號和規(guī)格 數(shù)量 單位 制造商名稱 1 預(yù)處理機柜 預(yù)處理及控制裝置 1 套 天禹智控 1.1 分析機柜 1145H×860L×325Wmm 1 臺 天禹智控 1.2 電磁閥 DC24V，常開 1 個 AIRTAC 1.3 射流泵 8L/min 1 個 天禹智控 1.4 高溫精密過濾器 0.2um，304不銹鋼 1 套 天禹智控 1.5 控制電路 包括自動采樣、反吹、溫控 1 套 國產(chǎn) 1.6 高溫截止閥 SP-0124，常閉型氣動閥 1 個 國產(chǎn) 2 分析儀 NH3:0-20ppm 1 臺 天禹智控 3 加熱型（帶反吹）取樣探頭 1 套 天禹智控 4 采樣伴熱管線 60w/m 5 米 華源電伴熱 5 校準(zhǔn)裝置：氣體及減壓閥等 8L瓶裝NH3一件，減壓閥1個 1 套 上海神開 6 隨機配件 隨機配件清單 1 套 天禹智控 2、貨物參數(shù)、指標(biāo)、性能詳細(xì)描述 2.1 系統(tǒng)概述 本激光氨氣分析儀采用高溫伴熱抽取技術(shù)，對脫硝過程中的逃逸氨進行連續(xù)在線監(jiān)測,系統(tǒng)由取樣及傳輸單元、預(yù)處理及控制單元、分析單元三部分構(gòu)成，主要應(yīng)用于眾多工業(yè)領(lǐng)域氣體排放監(jiān)測和過程控制，例如:燃煤發(fā)電廠、鋁廠、鋼鐵廠、冶煉廠、垃圾發(fā)電站、水泥廠和化工廠、玻璃廠等。 分析儀采用TDLAS技術(shù)(可調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜吸收技術(shù)Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)，為目前國際*先進的氣體測量方法之一，該儀表具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、不受背景氣體干擾、非接觸式測量等特點，為實時準(zhǔn)確地反映NH3變化提供了可靠保證。 2.2 取樣探頭 2.2.1 裝置特點 加熱型取樣探頭用于本系統(tǒng)的樣氣采樣，具有濾塵和伴熱的功能，可以有效的防止采集的樣氣的冷凝，獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計使采樣系統(tǒng)更加可靠，樣氣丟失率更小，保證分析系統(tǒng)的穩(wěn)定和真實； 產(chǎn)品特點： 1、 該裝置與樣品接觸的部分全部采用316L不銹鋼材料加工制成，高溫條件下抗腐能力很強。配制防雨罩完全可以勝任室外工作環(huán)境。 2、 在設(shè)計上采用等溫加熱體，結(jié)構(gòu)緊湊，加熱溫度穩(wěn)定。 3、 過濾器濾芯采用SiC陶瓷過濾器，具有過濾面積大，過濾精度高等特點，更換時可將其從裝置中整體拉出，操作簡單，無需工具，大大地縮短維護更換的時間，并降低了勞動強度。 4、 該裝置除設(shè)有一樣氣輸出口外，還設(shè)置有一個可復(fù)用的反吹／校準(zhǔn)口，在配置時可靈活安排氣路。 5、 操作簡單,帶有低溫報警. 6、 濾芯更換無需工具。 7、 開關(guān)方便，帶扣鎖保護罩 8、 *效過濾清潔系統(tǒng) 技術(shù)參數(shù) 1、 *高采樣溫度：300℃ 2、 *大工作壓力：5bar 3、 采樣腔加熱溫度: 200℃（出廠設(shè)定，溫度可調(diào)） 4、 電源：220VAC 50/60Hz 400W 5、 環(huán)境溫度：－20~80℃ 6、 *大粉塵濃度：100g/m3 7、 陶瓷濾芯過濾精度：2μm（其它精度可選，1-10μm） 8、 濾芯尺寸：150*40/20mm 9、 反吹氣接口：OD8/6卡套式接頭。 10、 采樣氣出口：OD8/6卡套式接頭 11、 含采樣探桿：￠25×1200mm/長度可選 12、 安裝附件:安裝法蘭盤\對裝法蘭盤\安裝螺栓\法蘭盤密封平墊 2.3 預(yù)處理及控制單元 系統(tǒng)流程圖 2.3.1 工作流程 如系統(tǒng)流程圖所示，樣氣經(jīng)采樣探頭，由采樣伴熱管輸送至預(yù)處理單元，預(yù)處理單元包括常閉型高溫閥SV1，精密過濾器、射流泵，其中SV1閥用于在停止采樣時切斷氣路，精密過濾器用于進一步凈化樣氣，去除樣氣中的粉塵等，射流泵則用于提供樣氣傳輸時的動力，系統(tǒng)由PLC控制實際自動周期采樣及吹掃。所有樣氣流經(jīng)元件及管路均置于恒溫加熱盒中，防止管路被銨鹽堵塞，減少樣氣損失。 2.3.2 技術(shù)參數(shù) 2 機柜：1146H×860L×325mm，防護等級IP65； 2 材質(zhì)：采用2mm鋼板靜電噴涂； 2 控制系統(tǒng)：采用PLC控制，實現(xiàn)自動采樣、吹掃、故障報警等； 2 射流泵：使用0.2-0.6MPa壓縮氣源經(jīng)預(yù)加熱后進入射流泵產(chǎn)生采樣動力，采樣流量8L/min，316L材質(zhì)，防腐蝕，無機械部件，保障長時間穩(wěn)定運行，； 2 除塵：經(jīng)過采樣探頭除塵的氣體再經(jīng)過一級0.2um級過濾器再到氣體分析儀，確保分析儀的長期穩(wěn)定運行； 2 加熱：所有樣氣流經(jīng)元件及管路均置于恒溫加熱盒中,加熱控制溫度190℃; 2 系統(tǒng)供電:AC220V,3000W。 2.4 分析單元 2.4.1測量原理 激*氣體分析儀的測量原理是可調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜吸收技術(shù)Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)，TDLAS*早于20世紀(jì)70年代提出。初期的TDLAS技術(shù)只是一種實驗室研究用技術(shù)，隨著半導(dǎo)體激光技術(shù)在20世紀(jì)80年代的迅速發(fā)展，特別是20世紀(jì)90年代以來，基于TDLAS技術(shù)的現(xiàn)場在線分析儀表已逐漸發(fā)展成熟，能夠在各種高溫、高粉塵、高腐蝕等惡劣的環(huán)境下進行現(xiàn)場在線的氣體濃度測量。 2.4.2 優(yōu)點可調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜吸收技術(shù)TDLAS本質(zhì)上是一種光譜吸收技術(shù)，通過分析激光被氣體分子的選擇性吸收來獲得氣體的濃度。它與傳統(tǒng)紅外光譜吸收技術(shù)的不同之處在于，半導(dǎo)體激光光譜寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬，如上圖。因此，半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)是一種高分辨率的光譜吸收技術(shù)。

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