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SCR（選擇性催化還原）方法是目前火電、水泥、鋼鐵、焦化等企業脫硝的一種方法，在一定溫度（290~430℃）及催化劑的作用下，NOx和氨（NH3）反應將 NOx轉化為氨氣（N2）和水（H2O）以減少NOx排放。通常，NH3和NOx之間的反應效率可大于95%未反應的NH3則被稱為氨逃逸。氨逃逸不僅影響生產效率，更對環境和人體健康構成潛在威脅。本文將從氨逃逸的影響、所涉及的重點行業與常見逃逸部位、氨逃逸監測技術等方面對相關知識作出分享，感興趣的小伙伴們一起來看看吧~
一、氨逃逸的影響
1、成為工業生產的隱形成本：氨氣在工業生產中廣泛應用，尤其是在化肥、化工和能源行業。然而，氨氣逃逸現象普遍存在，它不僅增加了企業的運營成本，還可能導致設備損壞和環境污染。
2、腐蝕設備影響生產：氨氣具有堿性和腐蝕性，逃逸的氨氣會加速不銹鋼/碳鋼等材質設備的腐蝕過程，縮短設備使用壽命，在大量增加維護和更換成本的同時，也嚴重影響了生產進度。
3、導致布袋除塵器布袋堵塞：氨氣與煙氣中的酸性氣體反應生成銨鹽，這些鹽類在低溫條件下容易在布袋表面冷凝，形成硬殼或結塊，導致布袋透氣性下降，增大過濾阻力，進而影響除塵效率。
4、影響對煙氣的脫硫效率：氨逃逸會干擾濕法脫硫系統的運行，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、破壞環境：氨氣是一種刺激性氣體，過量排放會降低空氣質量，對生態系統造成負面影響，還會參與二次顆粒物的形成（PM2.5），這是導致霧霾的主要成分之一，影響空氣質量同時甚至會對人體健康造成危害。
6、不加控制難以合規：隨著環保法規的日益嚴格，控制氨氣排放已成為企業必須面對的法規要求。例如：HJ562-2010《火電廠煙氣脫硝工程技術規范選擇性催化還原法》中規定，對于SCR（選擇性催化還原）脫硝技術，氨逃逸的標準更為嚴格，一般要求控制在2.5mg/m3（或3ppm）以內；HJ563-2010《火電廠煙氣脫硝工程技術規范選擇性非催化還原法》中規定，對于SNCR（選擇性非催化還原）脫硝技術，氨逃逸的標準一般不高于8mg/m3（或10ppm）。
除以上所述氨逃逸過量造成的危害以外，因控制過當造成氨排放量過少，也會為生產過程帶來一些不良影響。首先就是會造成脫硝效率降低。氨逃逸過少意味著更多的氨被用于NOx的還原反應，但此時可能已經導致SCR系統操作窗口變窄，稍有不慎就可能致使NOx排放超標。其次，氨逃逸減少會影響生產運行的穩定性。SCR系統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時仍有足夠的氨與NOx反應，維持脫硝效率穩定嗎，此時若因脫硝系統噴氨量不足，則會導致NOx的還原反應不充分，從而造成NOx排放超標。
二、重點行業與常見逃逸部位
氨逃逸在多個行業中較為常見，尤其是在燃煤發電、化工、制藥等工業領域。此外，鋼鐵、焦化、水泥、碳素和玻璃等行業也廣泛采用氨法脫硝和氨法脫硫技術，這些過程中也會產生氨逃逸。
氨逃逸主要發生在煙氣脫硝裝置中，尤其是SCR技術應用的系統里。具體來說，氨逃逸最易發生在以下部位：
1、氨噴槍區域：氨噴槍噴氨流量分布不均勻，可能導致煙氣中氨水局部濃度過高，從而增加氨逃逸的風險。
2、煙氣溫度控制區域：反應溫度過低或過高均可能導致NOx與氨的反應速率降低或生成額外的NO，增加氨逃逸量。
3、催化劑反應區域：催化劑堵塞或性能老化，導致催化效率不同，可能需要增加噴氨量，進而加劇氨逃逸的可能性。
4、脫硝系統下游：鍋爐煙氣在SCR反應器停留時間過短，可能未能給氨水與氮氧化物足夠的反應時間，導致氨逃逸。
5、高灰塵區域：如燃煤鍋爐的脫硝反應區，積灰可能使催化劑活性下降，增加氨逃逸。
6、FGD系統（濕法脫硫系統）：少量逃逸的氨會隨煙氣進入FGD系統，在那里基本被脫硫循環漿液吸收。
7、鍋爐尾部煙道：未反應的氨在這些部位凝結，長期累積會嚴重腐蝕設備，影響其運行效率和使用壽命。這里的重點部位就是空氣預熱器和電除塵器。由于未反應的氨氣與煙氣中的SO3及飛灰在低溫下發生固化反應，約20%的氨以硫酸鹽形式粘附在空氣預熱器表面，導致其堵塞或腐蝕。而在電除塵器飛灰中，約有80%的氨進入，少于2%的氨會以氣態形式隨煙氣排放出來。
由此可見，監測和控制氨逃逸對于保障工業生產的環保合規性和設備的正常運行至關重要。
三、氨逃逸監測技術
擁有一項精確的監測技術加持，對有效控制氨逃逸至關重要。以下是幾種常見的氨逃逸監測技術：
1、激光光譜法（TDLAS）：在現有各類技術原理中采用TDLAS技術的產品眾多，此技術利用激光與氨氣分子相互作用，通過分析光譜信號來監測氨氣濃度。這種技術可以在0~10ppm范圍內對氨逃逸實現靈敏的精確測量，例如四方儀器的激光氨逃逸氣體分析儀GasTDL-3000，在TDLAS監測技術基礎上采用全程高溫伴熱的氣體流路設計，可以有效預防銨鹽結晶，減少氨氣在傳輸過程中的冷凝損耗，確保測量數據的準確性。同時，采用低吸附材料和處理工藝，可以有效避免NH3冷凝損耗，提高測量的準確性。系統采用抽取式測量方法，可以避免測量過程中受到煙道內粉塵、溫度和壓力波動的影響，確保測量結果的可靠性。
2、紅外吸收法（NDIR）：紅外吸收法是利用氨氣分子對特定紅外光的吸收特性來測量氨氣濃度的技術。這種方法具有較高的測量精度和穩定性，適用于惡劣環境下的氨氣監測。然而，紅外吸收法設備的價格相對較高，且需要定期維護和校準，以確保測量結果的準確性。
3、電化學法（ECD）：電化學法是通過電極與氨氣發生化學反應，將化學能轉化為電能，從而測量氨氣濃度的技術。這種方案具有成本低、穩定性好和操作簡單等優點。但電化學法容易受到環境因素的影響，如溫度、濕度等，導致測量精度下降。
4、熱導法（TCD）：熱導法是利用氨氣與其他氣體的熱導率差異來測量氨氣濃度的技術。這種方法設備簡單、成本低，但測量精度相對較低，適用于對氨氣濃度要求不高的場合。
四、為何氨逃逸需要控制在10ppm以內
氨逃逸需要控制在小于10ppm以內，主要是因為過高的氨逃逸量會對設備、人體健康和環境產生不利影響。
1、對設備的影響：氨氣具有一定的堿性和腐蝕性，當氨逃逸量較大時，隨煙氣進入后續處理設備（如布袋除塵器等）會增加對設備材質（如不銹鋼、碳鋼等）的腐蝕，從而縮短設備的使用壽命，降低催化劑的反應性能，減少脫硝效率，增加系統運營成本。此外，氨與煙氣中的酸性氣體（如SO2、SO3）反應生成銨鹽，這些鹽類在低溫下容易在布袋表面冷凝，導致布袋透氣性下降，過濾阻力增大，嚴重時可引起布袋堵塞，影響除塵效率。
2、對人體健康影響：氨氣對人的呼吸系統有強烈刺激作用，高濃度氨氣暴露可能導致呼吸困難等健康問題，長期暴露于低濃度氨氣環境中，也可能引發慢性呼吸道疾病。所以盡量控制氨逃逸在10ppm以及更小的范圍內，可以降低氨逃逸對人體健康的危害。
3、對環境的影響：根據不同的脫硝工藝和技術，氨逃逸的正常控制值有不同的標準。例如前文所提到的國家環境保護標準HJ562-2010與HJ563-2010中的要求，對于SCR脫硝技術，氨逃逸的標準更為嚴格，一般要求控制在2.5mg/m3（或3ppm）以內；對于SNCR脫硝技術，氨逃逸的標準一般不高于8mg/m3（或10ppm）。而一些地方標準對氨逃逸的控制有更加嚴格的要求，例如河北省發布的《鍋爐大氣污染物排放標準》中，采用SCR脫硝工藝或SNCR-SCR聯合脫硝工藝的氨逃逸控制指標為2.3mg/m3；采用SNCR脫硝工藝的氨逃逸控制指標為7.6mg/m3。
五、氨逃逸的控制策略
氨逃逸的控制長期且連續的，是一個復雜的平衡過程，旨在確保高效脫硝的同時，最小化對后續設備的損害和對人體與環境的影響。一般通過以下幾個關鍵措施來實現：
1、加強系統監控：通過對常見逃逸部位的氨氣濃度監測，及時發現并解決潛在問題，確保氨逃逸率始終控制在理想范圍內。首先要采用高精度的在線監測設備，減少測量偏差，確保氨逃逸控制在規定范圍內。此外，還可以增加測點數量或提高維護質量，降低由于測點故障引起的自調功能失效時間。
2、優化噴氨系統：精確控制氨水或尿素的噴入量可以確保與NOx的反應達到最佳狀態，是控制氨逃逸的關鍵。一般通過調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。還可以根據實際運行情況優化噴氨控制邏輯，減少因調節慣性和延時性導致的氨逃逸。
3、優化反應條件：例如調整反應溫度和停留時間，以提高脫硝效率并減少不必要的氨逃逸。
4、控制煙氣溫度：根據鍋爐負荷和燃燒情況，維持煙氣溫度在最佳范圍內，以保證催化劑的活性和反應效率。
5、催化劑管理：定期檢查催化劑，及時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，增強霧化效果，減少氨逃逸。
7、優化燃燒調整：考慮風粉自調對脫硝入口NOx的影響，使脫硝入口NOx在負荷波動和其他擾動下波動幅度最小。
8、流場優化：在煙道內設置導流板和氣流均布器，改善速度分層現象和流場不均勻狀況。
理想的氨逃逸率應確保高效脫硝的同時，最大限度地保護后續設備和減少對環境的影響。通過采用先進的測量技術和控制策略，我們可以有效地控制氨逃逸水平，保障脫硝效率的同時減少對后續設備和環境的影響。隨著技術的進步和環保意識的提高，氨逃逸的控制將變得更加精準和高效，為實現綠色生產和可持續發展做出貢獻。
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