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浅谈氨逃逸形成的原因与控制

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发布日期:2021-04-07 来源:电力设备 浏览次数:69
核心提示:随着社会的发展,环保问题越来越重视,NOx的排放标准也提到新的高度,但是脱硝投入以来带来不少问题,针对氨逃逸高这一问题进行探讨和分析,本人主要结合工作中的经历来探讨氨逃逸在运行中的控制方法,以期对锅炉设备安全和经济效益的提高有所帮助。

随着社会的发展,环保问题越来越重视,NOx的排放标准也提到新的高度,但是脱硝投入以来带来不少问题,针对氨逃逸高这一问题进行探讨和分析,本人主要结合工作中的经历来探讨氨逃逸在运行中的控制方法,以期对锅炉设备安全和经济效益的提高有所帮助。

一、概述

C锅炉设计产汽能力220t/h,产出的9.80MPa(G)、540℃的过热蒸汽,2014年3月新建联合脱硝系统,包括低氮燃烧系统,SNCR和SCR系统,通过SCR后NOx≤100mg/Nm3,氨逃逸≤5ppm,因环保要求日益严格,控制NOx≤65mg/Nm3,造成氨逃逸高于设计指标,严重影响锅炉健康运行,因氨逃逸高,影响电场放电,造成锅炉输灰不畅,停炉期间检查锅炉空预器有不同程度腐蚀和堵塞。

二、氨逃逸高的原因

氨逃逸是影响SCR系统运行的一项重要参数,实际生产过程中通常是多于理论量的氨到达反应器,反应后在烟气下游多余的氨称为氨逃逸,氨逃逸是通过单位体积内氨含量来表示的。为了达到环保要求,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值,该值设计为不大于5ppm,但是往往实际运行中偏大,主要有以下因素:

(1)每只氨喷枪喷氨流量分布不均,烟气中存在氨水局部分布不均,烟气流速不均匀,各喷枪出口的喷氨量差异较大,浓度高的地方氨逃逸相对高一些。

(2)烟气温度,反应温度过低,NOx与氨的反应速率降低,会造成NH₃的大量逃逸,但是,反应温度过高,氨又会额外生成NO,所以,NH₃存在最佳的反应温度,在SNCR氨的最佳反应温度800-1100℃;SCR反应器是以活性成分为WO3和V2O5为催化剂蜂窝装模块,还原剂为来自上游SNCR系统的氨逃逸作为还原剂,在催化剂的作用下,氨水与NOx在315~380℃的温度区间内反应,生成氮气和水,达到脱硝的目的,如果温度过高过低达不到反应效果,势必增加氨逃逸。

(3)催化剂堵塞,脱硝效率下降,为了保持环保参数不超标,会喷更多的氨,这将引起恶性循环,催化剂局部堵塞、性能老化,导致催化剂各处催化效率不同,为了控制出口参数,只能增加喷氨量,从而导致局部氨逃逸升高。

(4)雾化风量偏小,喷枪雾化不好,氨水与烟气不能充分混合,将产生大量的氨逃逸。

(5)氨水浓度,氨水浓度配置,浓度高低无法受控,凭着感觉配置,就目前C锅炉而言,基本上氨水浓度高,氨水调阀开度过小,雾化不好易自关,导致氨逃逸高,操作难度大。

(6)燃烧波动时,SNCR入口烟气中的NOX浓度大幅波动,往往会加大喷氨量,机械地实现“达标排放”,过量的氨水,可导致氨逃逸增加,直接危及炉后设备和系统安全运行。

氨逃逸的控制

(1)对于喷氨流量分布不均造成的氨逃逸偏差,可以通过调整氨水喷枪前的球阀控制,在平时操作中尽可能使旋转喷枪枪头朝下,增加反应时间,每只枪喷氨分布均匀(其操作看压力降),NH₃与NO充分反应,降低NH₃/NO摩尔比,从而降低氨逃逸,达到脱硝效率与运行费用的平衡。

氨逃逸浓度增加还与氨水喷枪喷嘴密切相关,当氨水喷枪喷嘴堵塞时将加剧逃逸氨的产生,应在锅炉运行过程中检查氨水喷枪,及时疏通或更换,确保氨水喷枪正常投运。

(2)烟气温度决定着SNCR和SCR的反应效果,进而影响氨逃逸的大小。烟气温度变化幅度大,在低负荷时,烟温下降,局部烟温太低,会引起催化剂活性下降,从而引起氨逃逸升高,本脱硝所选用的催化剂在315~380℃范围为最佳,所以要根据锅炉负荷和燃烧情况在满足的条件下维持烟气温度在最佳范围内。煤粉专烧时,SCR反应器温度达到345℃左右,能很好满足氮氧化物与氨水反应条件,SCR反应器反应效率提高,SCR反应器出口氮氧化物及氨逃逸浓度偏低,氮氧化物浓度平均达到60mg/m3,氨逃逸浓度平均达到2.8ppm;煤气混烧时,SCR反应器温度只有300℃左右,此时通过锅炉配风调节提高锅炉火焰中心位置或通过增加上层燃气枪燃气量提高SCR反应器温度的方法,降低SCR反应器出口氮氧化物及氨逃逸浓度。

(3)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,脱硝反应也会变差,为保证环保合格的情况下大量喷氨就会造成氨逃逸增加,所以当催化剂老化时要及时在停炉大小修时进行更换,保证氨逃逸合格的同时,也能更好做好环保。

(4)燃煤锅炉,脱硝反应区处在高灰尘区,会在反应区积累灰尘,积灰将会使反应变差,氨逃逸增加。锅炉运行过程中SCR反应器每周至少吹灰一次,清除SCR反应器积灰提高SCR反应器效率,降低氨逃逸浓度。

(5)雾化风对于脱硝反应明显,也直接决定着氨逃逸,而氨水能否充分的雾化与风量成正比关系,为提高氨枪雾化效果,需提高压缩空气压力在350kpa以上。

(6)当锅炉燃烧扰动时要及时根据脱硝反应器入口的NOx含量对氨水进行调整分配,防止氨逃逸过大或两侧偏差大,甚至因为调整不到位带来的环保超标问题。锅炉负荷变化会导致锅炉烟气量、烟气温度及SCR入口浓度变化。当锅炉负荷降低时,烟气量减少,烟气中氮氧化物含量降低使得SCR反应器内流速降低,烟气在催化剂上停留时间增加,提高了脱硝效率,从而降低了氨逃逸浓度。

(7)其他影响因素及防范

锅炉烟气在SCR反应器停留时间为0.1~0.2s,为使锅炉烟气中残留氨水与烟气中的氮氧化物在催化剂作用下有足够反应时间,降低锅炉SCR反应器出口氮氧化物、氨逃逸浓度,通常选择降低锅炉炉膛负压的方式进行,锅炉运行过程中锅炉炉膛负压控制在-30~-50Pa之间,锅炉燃烧稳定,在SCR反应器出口氮氧化物达标排放前提下、氨逃逸浓度能有效控制。当氨逃逸过大不好好控制的话会生成的硫酸氢铵,不仅会造成催化剂层的失效和空预器堵塞,更会造成更大的严重问题,腐蚀设备降低寿命。

总之,合理控制锅炉SCR出口氨逃逸浓度能有效预防锅炉空预器堵塞及减轻氨水对下游设备的腐蚀,SCR脱硝装置在运行过程中应对氨逃逸应予以高度重视。鉴于此,有必要加强SNCR、SCR运行阶段科学调控,将SCR装置的氨逃逸率控制到3ppm左右,甚至以下,减轻氨逃逸后硫酸铵或硫酸氢铵生成对炉后设备的影响。

三、结论和建议

本文通过对燃煤锅炉脱硝系统氨逃逸的分析,找出了影响氨逃逸的主要因素,并针对原因,提出了解决方案和措施。通过对氨逃逸危害的进一步认识,在今后的运行中,要加强对布袋压差关注,布袋除尘器区域硫酸氢铵糊袋是继空预器堵塞出现的新问题,在治理空预器硫酸氢铵堵塞现象时,应该重视其对电除尘设备的危害,随着超低排放的进一步要求,硫酸氢铵的综合治理是一项重要的研究课题。

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