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、喷氨控制逻辑、仪器仪表及测量方式等。针对SCR系统氨逃逸率的影响因素，结合电厂机组实际运行情况，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。

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)。脱硝超低排放技术路线大多采用低氮燃烧器和选择性催化还原(SCR)组合方式，脱硝效率和NH3逃逸率是衡量SCR脱硝系统的两个重要性能指标。

电厂机组通过更换或增加催化剂层，实现较高的脱硝效率，满足NOx排放要求，同时控制氨逃逸率在3×10-6以下。

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氨逃逸的生成机理及危害

燃煤电厂SCR脱硝反应器中，NH3选择性催化还原烟气中NOx的主要化学反应为:

图1 NH3和SO3质量分数对硫酸氢铵形成温度的影响

2影响氨逃逸率的主要因素

2.1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，如图2所示。

图2 SCR脱硝效率和氨氮摩尔比对氨逃逸率的影响

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。

2.2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。

图3氨氮摩尔比分布偏差对脱硝性能的影响

2.3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。

2.4喷氨控制系统

图4固定氨氮摩尔比时SCR喷氨量控制逻辑

由于SCR反应器中催化剂反应反馈滞后和NOx分析仪响应滞后等原因，使得SCR脱硝控制系统存在大滞后性和大延时性，难以精确控制喷氨量。尤其是机组变负荷时，SCR入口烟气量或NOx质量浓度急剧变化，调节的惯性和延时性容易导致烟囱入口NOx质量浓度瞬时值超标。

为了使各工况下满足超低排放要求，出口NOx质量浓度设置值往往偏低，导致SCR系统喷氨过量，氨逃逸率超标。实际运行中，当两侧SCR反应器风量相差较大时，两侧喷氨量过多或过少，喷氨量过多的一侧容易发生氨逃逸。

此外，NOx质量浓度考核点和控制点不一致。环保考核时以烟囱入口NOx质量浓度测点为准;喷氨自动调节时，单侧烟道的SCR反应器出口NOx质量浓度为被控量。SCR反应器出口测点与烟囱入口测点所测量的NOx质量浓度存在不同程度的偏差，影响喷氨量的精准控制。

2.5测量方法和仪表

由于氨逃逸的量级非常小，理论计算很难准确。相对于离线手工分析法，原位光学测量法可以实现在线监测，但光学测量的准确度容易受高温、高尘恶劣工况的影响。

烟气含尘量大时，测量探头受钢制烟道壁振动及温度变化的影响，会出现测量不稳定或指示飘移现象，导致测量偏差大;同时，SCR出口烟道烟气分布不均匀，导致采样误差较大，影响氨逃逸量在线监测的准确度。

一般以氨逃逸仪表监测的氨逃逸变化趋势作为运行参考，而难以通过仪表值准确控制喷氨量和氨逃逸率。

3氨逃逸率控制技术

3.1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，技术对比见表1。

表13种喷氨方式技术特点对比

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。

图5 新型SCR脱硝优化控制策略

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。

3.3喷氨优化调整

对于现役SCR脱硝系统，在不改造系统设备的情况下，通过喷氨格栅优化调整，可改善氨氮摩尔比分布的均匀性。

脱硝系统一般由多个蝶阀等部件协同控制喷氨量，需要根据喷氨格栅截面内的流场分布特性对各支管阀门进行调整，保证良好的氨氮摩尔比分布，使各区域喷氨量与NOx流场相匹配，提高脱硝效率，避免局部区域过量喷氨而导致逃逸氨偏高;同时，可以通过改善反应器出口NOx质量浓度分布均匀性，减小取样点的测量误差，优化控制系统参数，提高喷氨量控制的精确度。

4结论

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)做好喷氨优化调整，实现喷氨量与烟气中NOx分布相匹配，加强对喷氨喷嘴、供氨调节阀等设备的检修维护，防止出现局部过量喷氨。

(4)通过机组运行优化和炉内燃烧优化调整，降低烟气中NOx的质量浓度，并使SCR入口烟气参数满足催化剂性能保证条件;同时，密切关注氨逃逸、催化剂压差、空气预热器阻力等参数的变化。

(5)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。