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摘要：简述选择性催化还原（SCR）烟气脱硝原理。分析了硫酸氢铵的形成及影响因素，指出了硫酸氢铵的危害。根据硫酸氢铵的特性提出了控制硫酸氢铵生成的方法和减少其负面影响的措施：通过控制脱硝过程的氨逃逸率、烟气中SO2/SO3的转化率和SCR运行温度等措施减少硫酸氢铵的生成量。为降低硫酸氢铵在空预器传热元件的沉积，可采用改造空预器的结构和传热元件等措施。
关键词：烟气脱硝；硫酸氢铵；氨逃逸；SO2/SO3转化率
引言
选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术（简称SCR技术）目前在国内外应用比较普遍。SCR是目前技术最成熟、应用最广泛的烟气脱硝技术，是控制燃煤锅炉NOx最根本的措施，其脱硝效率可以通过调整催化剂层数来获得，达到70%以上[1]。SCR脱硝装置具有结构简单、脱硝效率高、运行可靠、便于维护等有点。但是，在烟气脱硝的同时，催化剂还可以使部分烟气中的SO2氧化生成SO3，SO3与SCR脱硝过程（简称SCR过程）中未反应的氨（逃逸的氨）反应生成硫酸氢铵。硫酸氢铵具有粘性，会对催化剂层和锅炉及其下游的热力设备造成危害。
1 SCR脱硝反应机理
SCR脱硝是指在催化剂的作用下，以NH3或尿素作为还原剂，有选择性地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。以氨为还原剂的典型SCR反应条件下，其主要反应为以下四种：
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O （1）
4NH3+6NO=5N2+6H2O （2）
2NH3+NO+NO2=2N2+3H2O （3）
8NH3+6NO2=7N2+12H2O （4）
在SCR脱硝工艺中，催化剂安放在反应器的箱体内，垂直布置，烟气由上向下流动。SCR化学反应原理如图1所示。
图1 SCR化学反应原理示意图
2 硫酸氢铵的生成
在某些条件下，SCR脱硝反应过程还可能产生一系列不利的副反应[2]：
（1）由于锅炉烟气中还存在SO2等气体，催化剂中的活性组分钒在催化降解NOx的过程中，也会对SO2的氧化起到一定的催化作用，促进SO2氧化成SO3。据统计，约有1%的锅炉烟气中SO2转化为SO3。
2SO2+O2→2SO3
（2）脱硝过程中一部分逃逸的氨与烟气中的SO3和水蒸气反应，生成（NH4)2SO4和NH4HSO4。反应如下：
NH3+SO3+H2O = NH4HSO4
2NH3+SO3+H2O =（NH4)2SO4
ABS现象：ABS，即Ammonium Bisulfate，中文名称硫酸氢铵。它是指气态硫酸氢铵在露点（147℃）之下凝结为液态后，设备运行呈现的问题现象。
氨逃逸量和SO3的增加将促进硫酸氢铵的生成，在低温（露点温度）下时，将在锅炉下游设备造成沉积、腐蚀等危害。
3 硫酸氢铵的性质及危害
在通常运行温度下，硫酸氢铵的露点为147℃，其以液态形式在物体表面聚集或以液滴形式分散烟气中。液态的硫酸氢铵是一种粘性很强的物质，在烟气中会吸附飞灰。硫酸氢铵在低温下具有吸湿性，当从烟气中吸水后会造成设备的腐蚀。硫酸氢铵的沉积过程是可逆的，当温度提升到露点温度以上时，硫酸氢铵将蒸发。
3.1 对催化剂的影响
如果它在低温催化剂上形成，会造成催化剂的部分堵塞，增大催化剂的压降或造成催化剂的失效。当催化剂长期低温运行，硫酸氢铵沉积在其空隙里，催化剂活性会永久改变。当出现由于硫酸氢铵的沉积导致积灰时，要增加吹灰频率。
3.2 对空预器的影响
由于硫酸氢铵的粘结性和腐蚀性，NH4HSO4与灰尘一起粘附在空预器的换热元件上，不仅降低换热效果，还将会在空预器的低温段产生低温腐蚀，同时造成空预期积灰。当氨逃逸量在1μL/L以下时，NH4HSO4生成量很少，堵塞现象不明显，根据日本AKK测试，若氨逃逸增加到2μL/L时，空预器运行半年后其阻力增加约30%，若氨逃逸增加到3μL/L时，空预器运行半年后其阻力增加约50%，这将对引风机和送风机造成很大的影响[3]。
3.3 对电除尘的影响
脱硝装置对电除尘的影响既有正面的也有负面的。逃逸的氨气与烟气中的灰混合，一定程度的上可以降低飞灰的比电阻，有利于提高除尘效率；另一方面，生成的硫酸氢铵会吸附飞灰粘附在电除尘内的阳极板或阴极线上，影响电除尘内烟气中的灰尘荷电，造成电除尘高频电源电流低，导致除尘效率的降低。
4 硫酸氢铵的控制
4.1 氨逃逸的控制
检测省煤器出口NOx的分布特性，合理组织燃烧使得SCR入口NOx分布均匀；
优化进入SCR反应器催化剂表面的烟气流场均匀分布及氨/烟气的混合效果；
充分挖掘锅炉低氮燃烧器的潜能，降低SCR入口NOx浓度，降低喷氨量；
定期停炉检查催化剂表面以及空隙的积灰情况，及时清灰、疏通全部孔道，同时要定期评估催化剂的剩余活性，防止因催化剂的利用率低或活性低导致氨逃逸的增加；
4.2 烟气中SO3的控制
通常烟气中约1%左右的SO2被氧化成SO3，此外由于脱硝催化剂的作用，还会有约1%的SO2被进一步氧化。
（1）改善煤质条件，合理燃烧，降低燃烧过程中SO3的生成；
（2）选择低氧化率的催化剂，降低SO2/SO3转化率；
4.3 SCR运行温度的控制
为抑制硫酸氢铵的生成，通常将SCR运行温度控制在300~430℃范围内运行。
合理控制锅炉燃烧，保证SCR催化剂允许的最低连续喷氨温度运行；
省煤器旁路改造，保证低负荷时烟气温度满足SCR运行；
4.4 空预器的改造
通过对空预器的结构和传热元件进行改造以及改变空预器的吹灰和清洗方式来保证其正常安全运行。
结语
为达到脱硝工艺的脱硝效率，NH3/NOx摩尔比通常控制大于1，因此脱硝过程出现氨逃逸是不可避免的。当NH3/SO3摩尔比大于2时，就会产生硫酸氢铵。硫酸氢铵附着于催化剂表面会阻塞催化剂影响其活性，且硫酸氢铵的粘性会使其与飞灰粘连在空预器的传热元件及电除尘的极板或极线上，影响设备的正常运行。
可通过控制SCR的氨逃逸率、烟气中SO3的转化率和SCR运行温度等主动措施来减少硫酸氢铵的生成量。为降低硫酸氢铵在空预器传热元件的沉积，可通过改造空预器的结构和传热元件等实现。
参考文献：
[1] 刘建民，薛建明，王小明等. 火电厂氮氧化物控制技术 北京 中国电力出版社 2012.12（6）：115.
[2] 蔡明坤. 装有脱硝系统锅炉用回转式预热器设计存在问题和对策[J]. 锅炉技术，2005，（7）：8-12.
[3] 孙 锐，赵 敏. 装设SCR脱硝装置对锅炉岛设计的影响及预留方案的建议[J]. 中国电力，2005，（3）：85-88.
论文作者:李登攀
论文发表刊物:《电力设备》2016年第13期
论文发表时间:2016/10/9
标签：硫酸论文; 烟气论文; 催化剂论文; 氢铵论文; 锅炉论文; 温度论文; 元件论文; 《电力设备》2016年第13期论文;