燃气电厂余热锅炉脱硝系统氨逃逸率高的原因分析

摘要：燃气电厂余热锅炉的脱硝系统在运行中容易出现氨逃逸率高的问题,本文阐述了氨逃逸率高的危害,对造成氨逃逸率高的原因进行了分析,提出了控制氨逃逸率的技术措施。

1 设备概况

1.1 二拖一机组概况

北京京能高安屯燃气热电有限责任公司燃气-蒸汽联合循环机组，采用1套845MW级燃气蒸汽联合循环“二拖一”多轴布置机组。全厂配置为：2台9F级型号为SGT5-4000F(4)燃气轮机；2台型号为QFSN-300-2燃气轮发电机；2台卧式余热锅炉；1台型号为LZC266-12.5/0.4/545/540供热蒸汽轮机和1台300MW级型号为QFSN-300-2汽轮发电机。燃机发电机和蒸汽发电机组为分轴布置。

1.2 余热锅炉概况

余热锅炉（HRSG）是由无锡华光锅炉股份有限公司采用比利时CMI公司技术生产的型号为UGSGT4000F-R，卧式、自然循环、三压、再热、无补燃、全封闭的燃机余热锅炉，设烟气脱硝（SCR）装置，每台余热锅炉设置一个烟囱。主要由高、中、低压汽包、过热器、蒸发器、省煤器、再热器、高压给水泵、中压给水泵、烟气脱硝（SCR）、低压省煤器再循环水泵、烟气热网水水换热器、连续排污扩容器、定期排污扩容器及辅助设备等组成。

1.3 脱硝系统概况

SCR系统安装在燃机余热锅炉中受热面中压过热器和高压省煤器3之间，使用氨水（20%wt）作为反应剂。脱硝系统NOx脱出率不小于85%，脱硝装置可用率不小于98%。

余热锅炉入口烟气参数如下：

（1） 入口烟气压力 4.04kPa（g）。

（2） 入口烟气温度 582.3℃。

（3） 入口烟气流量 2562.8 m3/h 。

（4）入口烟气中NOx含量：25ppm （15%O2）。

（5） 出口烟气中NOx含量：≤10.37mg/Nm3

（15%O2，标态，干基）。

（6） 氨的逃逸率：10ppm。

SCR系统主要由氨水供给单元、氨水蒸发器、喷氨栅格AIG和催化剂层组成。主要设备有稀释风机（1运1备）、氨水蒸发器SPV、氨水储罐、喷氨栅格AIG、净烟气测量栅格、加氨泵（1运1备）、卸氨泵、废液泵和管道等组成。

2 SCR烟气脱硝基本原理

选择性催化还原脱硝是在一定温度和催化剂的作用下，还原剂“有选择性”地把烟气中的NOx还原为无毒、无污染的N2和H2O。

我公司应用的还原剂是氨水。以氨为还原剂的烟气脱硝基本反应方程式为：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

上面第一个反应是主要的，因为烟气中几乎95％的NOx是以NO的形式存在。在没有催化剂的情况下，上述反应只在980℃左右的温度进行。通过选择合适的催化，反应温度可降低到适合火电厂实际使用的280~420℃温度范围。我厂是以钛-钒为活性物质，在反应条件改变时还可能发生以下副反应：

4NH3+5O2→4NO+6H2O

2NH3→N2+3H2

4NH3+3O2→2N2+6H2O

发生NH3分解和NH3氧化成NO的反应都是温度在350℃以上，450℃以上开始激烈起来。反应温度在300℃以下时仅有NH3氧化成N2的副反应可能发生。

3 影响SCR脱硝效率的主要因素

3.1 催化剂

不同的催化剂有不同的活性和物理性能，这就决定了不同的结构和表面积。一般来说，对于选定的催化剂，结构越简单、表面积越大，越有利于催化剂的布置和反应物的反应。

采用何种催化剂与SCR反应器的布置方式是密切相关的。一般可以把催化剂的种类分为三类：高温催化剂（345~590℃）、中温催化剂（260~380℃）和低温催化剂（80-300℃）。

3.2 反应温度

反应温度在一定程度上决定着还原剂与烟气中的Nx的反应速率，同时也影响催化剂的活性。一般来

说，反应温度越高，越有利于SCR系统的运行。但是，考虑综合效率问题，并不是采用设备的极限温度，而是在一定工况下采用最佳的反应温度，温度范围视SCR反应器在锅炉尾部的布置位置而定。

3.3 烟气在反应器内的空间速度

空间速度是SCR的一个关键设计参数。它是标准温度和压力下的湿烟气在催化剂容器内滞留时间的尺度。

它是烟气容积流量与SCR反应塔中催化剂体积的比值，反映了烟气在SCR反应塔内的停留时间的大小。空间速度的大小取决于催化剂的结构，决定反应的彻底性，也就对SCR系统的效率有所影响。烟气的空间速度越大，其停留时间就越短。一般SCR的脱硝效率将随着烟气空间速度的增大而降低。

4 氨逃逸率高的危害

氨逃逸率即SCR脱硝工艺出口未参与还原反应的NH3与出口烟气总量的体积占比，计量单位为ppm。在SCR烟气脱硝工艺中，氨逃逸率的控制至关重要。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。氨逃逸率高对余热锅炉的危害性主要表现在以下两个方面：

（1）余热锅炉烟道尾部换热面腐蚀、堵塞加重；

（2）催化剂中毒。在SCR脱硝工艺中，氨逃逸率过高会导致催化剂反应性能下降，催化剂中毒。

5 氨逃逸率高的原因

根据脱硝系统的工作原理及具体布置情况，余热锅炉脱硝系统氨逃逸率高的原因主要有：

（1）脱硝系统烟气流场不均匀，导致脱硝系统局部喷氨量过大，氨逃逸率升高；

（2）催化剂中毒，催化剂反应性能下降，使得脱硝系统喷氨过量；

（3）机组长时间在低负荷运行，SCR系统入口烟温偏低，导致反应转化比例偏低，导致氨消耗量增加。

6 控制氨逃逸率的措施

为了保证余热锅炉的安全运行，对脱硝系统的氨逃逸率必须加以控制，防止氨逃逸率过高。控制氨逃逸率的措施有：

（1）正常运行中严格控制氨的喷入量，防止氨气过量而造成氨逃逸，正常情况下应控制氨逃逸率不超过10ppm。

（2）保持催化剂的活性。SCR脱硝催化剂的寿命一般在5～6年，因此SCR脱硝装置运行一段时间后，催化剂活性会逐渐衰减，脱硝效率将会降低，氨逃逸率将会增加。当脱硝效率达不到设计值或不能满足环保排放要求时，为确保余热锅炉的安全运行，就必须对催化剂进行清洗或安装备用层催化剂。

（3）加强脱硝装置CEMS的维护工作，确保脱硝进、出口NOx数据的准确性，为运行人员提供可靠的调整依据。

（4）对每日的耗氨量进行比对，避免有过量喷氨情况。

（5）加强SCR系统出口差压的监视，发现差压增大时及时减少喷氨量，同时注意控制烟气温度在系统要求范围内。

（6）严格控制脱硝系统进口烟气温度，保持在290℃以上，避免由于烟气温度过低造成催化剂反应性能下降，催化剂中毒。

（7）调整稀释风机出力，保证稀释风机出口压力满足脱硝系统运行需求。

7 结语

目前，环保压力越来越大，各电厂企业都非常重视环保工作。脱硝系统氨逃逸率增大是燃气电厂余热锅炉运行中经常遇到的问题，氨逃逸率控制不好将直接影响正常的安全生产。如果由于氨逃逸率控制不好最终导致催化剂中毒，反应性能下降，则需要停炉处理，经济损失巨大。所以，做好余热锅炉脱硝系统的安全生产工作有着重大的意义。