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

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，NO_x和氨（NH₃）反應(yīng)將 NO_x轉(zhuǎn)化為氨氣（N₂）和水（H₂O）以減少NO_x排放。通常，NH₃和NO_x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~

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)和更換成本的同時(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：氨氣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，還會(huì)參與二次顆粒物的形成（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)的法規(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。氨逃逸過少意味著更多的氨被用于NO_x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)行的穩(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NO_x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NO_x的還原反應(yīng)不充分，從而造成NO_x排放超標(biāo)。

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NO_x與氨的反應(yīng)速率降低或生成額外的NO，增加氨逃逸量。

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)而加劇氨逃逸的可能性。

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)致其堵塞或腐蝕。而在電除塵器飛灰中，約有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)和控制氨逃逸對(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。以下是幾種常見的氨逃逸監(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)。

相關(guān)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品推薦

四方儀器激光氨逃逸氣體分析儀GasTDL-3000采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)，適用于在線監(jiān)測(cè)脫硝工藝出口氨氣濃度。系統(tǒng)采用近位抽取方式，測(cè)量單元安裝在煙道壁外，抽取的氣體直接進(jìn)入氣室，不需要經(jīng)過伴熱管線，樣氣接觸的氣路通道全程高溫伴熱，避免氨氣吸附和損失，保證樣氣真實(shí)性，可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)氨逃逸的變化，為環(huán)保監(jiān)測(cè)提供可靠數(shù)據(jù)支持。

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

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