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氨逃逸監(jiān)測(cè)——直面工業(yè)與環(huán)境的雙重挑戰(zhàn)

更新時(shí)間:2024-09-24      點(diǎn)擊次數(shù):580

SCR(選擇性催化還原)方法是目前火電、水泥、鋼鐵、焦化等企業(yè)脫硝的一種方法,在一定溫度(290~430℃)及催化劑的作用下,NOx和氨(NH3)反應(yīng)將 NOx轉(zhuǎn)化為氨氣(N2)和水(H2O)以減少NOx排放。通常,NH3和NOx之間的反應(yīng)效率可大于95%未反應(yīng)的NH3則被稱為氨逃逸。氨逃逸不僅影響生產(chǎn)效率,更對(duì)環(huán)境和人體健康構(gòu)成潛在威脅。本文將從氨逃逸的影響、所涉及的重點(diǎn)行業(yè)與常見逃逸部位、氨逃逸監(jiān)測(cè)技術(shù)等方面對(duì)相關(guān)知識(shí)作出分享,感興趣的小伙伴們一起來看看吧~

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一、氨逃逸的影響

1、成為工業(yè)生產(chǎn)的隱形成本氨氣在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用,尤其是在化肥、化工和能源行業(yè)。然而,氨氣逃逸現(xiàn)象普遍存在,它不僅增加了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本,還可能導(dǎo)致設(shè)備損壞和環(huán)境污染。

2、腐蝕設(shè)備影響生產(chǎn)氨氣具有堿性和腐蝕性,逃逸的氨氣會(huì)加速不銹鋼/碳鋼等材質(zhì)設(shè)備的腐蝕過程,縮短設(shè)備使用壽命,在大量增加維護(hù)和更換成本同時(shí),也嚴(yán)重影響了生產(chǎn)進(jìn)度

3、導(dǎo)致布袋除塵器布袋堵塞與煙氣中的酸性氣體反應(yīng)生成銨鹽,這些鹽類在低溫條件下容易在布袋表面冷凝,形成硬殼或結(jié)塊,導(dǎo)致布袋透氣性下降,增大過濾阻力,進(jìn)而影響除塵效率。

4、影響對(duì)煙氣的脫硫效率:氨逃逸會(huì)干擾濕法脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行,銨鹽的形成可能降低脫硫劑的利用率,影響SO?的吸收效率。

5、破壞環(huán)境氨氣是一種刺激性氣體,過量排放會(huì)降低空氣質(zhì)量,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成負(fù)面影響,會(huì)參與二次顆粒物形成PM2.5),這是導(dǎo)致霧霾的主要成分之一,影響空氣質(zhì)量同時(shí)甚至會(huì)對(duì)人體健康造成危害。

6、不加控制難以合規(guī)隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格,控制氨氣排放已成為企業(yè)必須面對(duì)法規(guī)要求。例如:HJ562-2010《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性催化還原法》中規(guī)定,對(duì)于SCR(選擇性催化還原)脫硝技術(shù),氨逃逸的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格,一般要求控制在2.5mg/m3(或3ppm)以內(nèi);HJ563-2010《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性非催化還原法》中規(guī)定,對(duì)于SNCR(選擇性非催化還原)脫硝技術(shù),氨逃逸的標(biāo)準(zhǔn)一般不高于8mg/m3(或10ppm)。

除以上所述氨逃逸過量造成的危害以外,因控制過當(dāng)造成氨排放量過少,也會(huì)為生產(chǎn)過程帶來一些不良影響。首先就是會(huì)造成脫硝效率降低氨逃逸過意味著更多的氨被用于NOx的還原反應(yīng),但此時(shí)可能已經(jīng)導(dǎo)致SCR系統(tǒng)操作窗口變窄,稍有不慎就可能致使NOx排放超標(biāo)。其次,氨逃逸減少會(huì)影響生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定性。SCR系統(tǒng)需要一定量的氨氣濃度作為“安全邊際",以保證在煙氣條件波動(dòng)時(shí)仍有足夠的氨與NOx反應(yīng),維持脫硝效率穩(wěn)定嗎,此時(shí)若因脫硝系統(tǒng)噴氨量不足,則會(huì)導(dǎo)致NOx的還原反應(yīng)不充分,從而造成NOx排放超標(biāo)。

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二、重點(diǎn)行業(yè)與常見逃逸部位

氨逃逸在多個(gè)行業(yè)中較為常見,尤其是在燃煤發(fā)電、化工、制藥等工業(yè)領(lǐng)域。此外,鋼鐵、焦化、水泥、碳素和玻璃等行業(yè)也廣泛采用氨法脫硝和氨法脫硫技術(shù),這些過程中也會(huì)產(chǎn)生氨逃逸。

氨逃逸主要發(fā)生在煙氣脫硝裝置中,尤其是SCR技術(shù)應(yīng)用的系統(tǒng)里。具體來說,氨逃逸最易發(fā)生在以下部位:

1、氨噴槍區(qū)域:氨噴槍噴氨流量分布不均勻,可能導(dǎo)致煙氣中氨水局部濃度過高,從而增加氨逃逸的風(fēng)險(xiǎn)。

2、煙氣溫度控制區(qū)域:反應(yīng)溫度過低或過高均可能導(dǎo)致NOx與氨的反應(yīng)速率降低或生成額外的NO,增加氨逃逸。

3、催化劑反應(yīng)區(qū)域:催化劑堵塞或性能老化,導(dǎo)致催化效率不同,可能需要增加噴氨量,進(jìn)而加劇氨逃逸可能性

4、脫硝系統(tǒng)下游:鍋爐煙氣在SCR反應(yīng)器停留時(shí)間過短,可能未能給氨水與氮氧化物足夠的反應(yīng)時(shí)間,導(dǎo)致氨逃逸。

5、高灰塵區(qū)域:如燃煤鍋爐的脫硝反應(yīng)區(qū),積灰可能使催化劑活性下降,增加氨逃逸。

6、FGD系統(tǒng)(濕法脫硫系統(tǒng)):少量逃逸的氨會(huì)隨煙氣進(jìn)入FGD系統(tǒng),在那里基本被脫硫循環(huán)漿液吸收。

7、鍋爐尾部煙道:未反應(yīng)的氨在這些部位凝結(jié),長(zhǎng)期累積會(huì)嚴(yán)重腐蝕設(shè)備,影響其運(yùn)行效率和使用壽命。這里的重點(diǎn)部位就是空氣預(yù)熱器和電除塵器。由于未反應(yīng)的氨氣與煙氣中的SO3及飛灰在低溫下發(fā)生固化反應(yīng),約20%的氨以硫酸鹽形式粘附在空氣預(yù)熱器表面,導(dǎo)致堵塞或腐蝕。而在電除塵器飛灰中,80%的氨進(jìn)入,少于2%的氨會(huì)以氣態(tài)形式隨煙氣排放出來。

由此可見,監(jiān)測(cè)控制氨逃逸對(duì)于保障工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保合規(guī)性和設(shè)備的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

三、氨逃逸監(jiān)測(cè)技術(shù)

擁有一項(xiàng)精確的監(jiān)測(cè)技術(shù)加持,對(duì)有效控制氨逃逸至關(guān)重要。以下是幾種常見氨逃逸監(jiān)測(cè)技術(shù):

1、激光光譜法TDLAS:在現(xiàn)有各類技術(shù)原理中采用TDLAS技術(shù)的產(chǎn)品眾多,此技術(shù)利用激光與氨氣分子相互作用,通過分析光譜信號(hào)來監(jiān)測(cè)氨氣濃度。這種技術(shù)可以在0~10ppm范圍內(nèi)對(duì)氨逃逸實(shí)現(xiàn)靈敏的精確測(cè)量,例如四方儀器的激光氨逃逸氣體分析儀GasTDL-3000,在TDLAS監(jiān)測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上采用全程高溫伴熱的氣體流路設(shè)計(jì),可以有效預(yù)防銨鹽結(jié)晶,減少氨氣在傳輸過程中的冷凝損耗,確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí),采用低吸附材料和處理工藝,可以有效避免NH3冷凝損耗,提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)采用抽取式測(cè)量方法,可以避免測(cè)量過程中受到煙道內(nèi)粉塵、溫度和壓力波動(dòng)的影響,確保測(cè)量結(jié)果的可靠性。

2、紅外吸收法NDIR:紅外吸收法是利用氨氣分子對(duì)特定紅外光的吸收特性來測(cè)量氨氣濃度的技術(shù)。這種方法具有較高的測(cè)量精度和穩(wěn)定性,適用于惡劣環(huán)境下的氨氣監(jiān)測(cè)。然而,紅外吸收法設(shè)備的價(jià)格相對(duì)較高,且需要定期維護(hù)和校準(zhǔn),以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3、電化學(xué)法ECD:電化學(xué)法是通過電極與氨氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,從而測(cè)量氨氣濃度的技術(shù)。這種方案具有成本低、穩(wěn)定性好和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但電化學(xué)法容易受到環(huán)境因素的影響,如溫度、濕度等,導(dǎo)致測(cè)量精度下降。

4、熱導(dǎo)法TCD:熱導(dǎo)法是利用氨氣與其他氣體的熱導(dǎo)率差異來測(cè)量氨氣濃度的技術(shù)。這種方法設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低,但測(cè)量精度相對(duì)較低,適用于對(duì)氨氣濃度要求不高的場(chǎng)合。

四、為何氨逃逸需要控制在10ppm以內(nèi)

氨逃逸需要控制在小于10ppm以內(nèi),主要是因?yàn)檫^高的氨逃逸量會(huì)對(duì)設(shè)備、人體健康和環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

1、對(duì)設(shè)備的影響:氨氣具有一定的堿性和腐蝕性,當(dāng)氨逃逸量較大時(shí),隨煙氣進(jìn)入后續(xù)處理設(shè)備(如布袋除塵器等)會(huì)增加對(duì)設(shè)備材質(zhì)(如不銹鋼、碳鋼等)的腐蝕,從而縮短設(shè)備的使用壽命,降低催化劑的反應(yīng)性能,減少脫硝效率,增加系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本。此外,氨與煙氣中的酸性氣體(如SO2、SO3)反應(yīng)生成銨鹽,這些鹽類在低溫下容易在布袋表面冷凝,導(dǎo)致布袋透氣性下降,過濾阻力增大,嚴(yán)重時(shí)可引起布袋堵塞,影響除塵效率。

2、對(duì)人體健康影響:氨氣對(duì)人的呼吸系統(tǒng)有強(qiáng)烈刺激作用,高濃度氨氣暴露可能導(dǎo)致呼吸困難等健康問題,長(zhǎng)期暴露于低濃度氨氣環(huán)境中,也可能引發(fā)慢性呼吸道疾病。所以盡量控制氨逃逸在10ppm以及更小的范圍內(nèi),可以降低氨逃逸對(duì)人體健康的危害。

3、對(duì)環(huán)境的影響:根據(jù)不同的脫硝工藝和技術(shù),氨逃逸的正常控制值有不同的標(biāo)準(zhǔn)。例如前文所提到的國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ562-2010與HJ563-2010中的要求,對(duì)于SCR脫硝技術(shù),氨逃逸的標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格,一般要求控制在2.5mg/m3(或3ppm)以內(nèi);對(duì)于SNCR脫硝技術(shù),氨逃逸的標(biāo)準(zhǔn)一般不高于8mg/m3(或10ppm)。而一些地方標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氨逃逸的控制有更加嚴(yán)格的要求,例如河北省發(fā)布的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中,采用SCR脫硝工藝或SNCR-SCR聯(lián)合脫硝工藝的氨逃逸控制指標(biāo)為2.3mg/m3;采用SNCR脫硝工藝的氨逃逸控制指標(biāo)為7.6mg/m3。

五、氨逃逸的控制策略

氨逃逸的控制長(zhǎng)期且連續(xù)的,是一個(gè)復(fù)雜的平衡過程,旨在確保高效脫硝的同時(shí),最小化對(duì)后續(xù)設(shè)備的損害和對(duì)人體與環(huán)境的影響一般通過以下幾個(gè)關(guān)鍵措施來實(shí)現(xiàn):

1、加強(qiáng)系統(tǒng)監(jiān)控通過對(duì)常見逃逸部位的氨氣濃度監(jiān)測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題,確保氨逃逸率始終控制在理想范圍內(nèi)。首先要采用高精度的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備,減少測(cè)量偏差,確保氨逃逸控制在規(guī)定范圍內(nèi)。此外,還可以增加測(cè)點(diǎn)數(shù)量或提高維護(hù)質(zhì)量,降低由于測(cè)點(diǎn)故障引起的自調(diào)功能失效時(shí)間。

2、優(yōu)化噴氨系統(tǒng)精確控制氨水或尿素的噴入量可以確保與NOx的反應(yīng)達(dá)到最佳狀態(tài),是控制氨逃逸的關(guān)鍵。一般通過調(diào)整氨水噴槍前的球閥控制,確保每只槍噴氨分布均勻,降低NH3/NO摩爾比,從而降低氨逃逸。還可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況優(yōu)化噴氨控制邏輯,減少因調(diào)節(jié)慣性和延時(shí)性導(dǎo)致的氨逃逸。

3、優(yōu)化反應(yīng)條件例如調(diào)整反應(yīng)溫度和停留時(shí)間,以提高脫硝效率并減少不必要的氨逃逸。

4、控制煙氣溫度:根據(jù)鍋爐負(fù)荷和燃燒情況,維持煙氣溫度在最佳范圍內(nèi),以保證催化劑的活性和反應(yīng)效率。

5、催化劑管理:定期檢查催化劑,及時(shí)更換老化或堵塞的催化劑,以保持脫硝效率并減少氨逃逸。

6、提高霧化效果:確保氨水與煙氣充分混合,提高壓縮空氣壓力,增強(qiáng)霧化效果,減少氨逃逸。

7、優(yōu)化燃燒調(diào)整:考慮風(fēng)粉自調(diào)對(duì)脫硝入口NOx的影響,使脫硝入口NOx在負(fù)荷波動(dòng)和其他擾動(dòng)下波動(dòng)幅度最小。

8、流場(chǎng)優(yōu)化:在煙道內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板和氣流均布器,改善速度分層現(xiàn)象和流場(chǎng)不均勻狀況。

理想的氨逃逸率應(yīng)確保高效脫硝的同時(shí),最大限度地保護(hù)后續(xù)設(shè)備和減少對(duì)環(huán)境的影響。通過采用先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)和控制策略,我們可以有效地控制氨逃逸水平,保障脫硝效率的同時(shí)減少對(duì)后續(xù)設(shè)備和環(huán)境的影響。隨著技術(shù)的進(jìn)步和環(huán)保意識(shí)的提高,氨逃逸的控制將變得更加精準(zhǔn)和高效,為實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

 

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監(jiān)測(cè)點(diǎn)位固定源排放口、脫硝出口(優(yōu)化噴氨系統(tǒng))等。

產(chǎn)品特性:

l內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)氣體參比模塊,動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,不受溫度、壓力以及環(huán)境變化的影響

l采用TDLAS技術(shù),被測(cè)氣體不受背景氣體交叉干擾

l量程低至0~10ppm測(cè)量精度≤±1%F.S.,采用多次反射氣室,檢出下限低

l氣體流路全程高溫伴熱,并采用低吸附材料和處理工藝,有效避免NH3冷凝損耗

l抽取式測(cè)量,不受煙道內(nèi)粉塵、溫度、壓力波動(dòng)的影響,擁有全程校準(zhǔn)功能

l滿足HJ76-2017《固定污染源煙氣(SO2、NOX、顆粒物)排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)》要求

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內(nèi)置激光氨逃逸氣體分析模組(TDLAS技術(shù)),測(cè)量不受其他氣體干擾,分辨率高,使用壽命長(zhǎng)。該模組采用特殊設(shè)計(jì)的長(zhǎng)光程高溫氣體吸收池,具有優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性,可以在各種復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定工作,非常適合氣體在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。

產(chǎn)品特性:

l采用多次反射氣室,有效光程長(zhǎng),檢出下限低

l特殊加熱處理,氣室溫度穩(wěn)定

l輸入采用標(biāo)準(zhǔn)單模光纖,方便遠(yuǎn)端測(cè)試




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