淺述SCR脫硝系統氨逃逸檢測儀選型及應用

楊濤

摘 要：介紹氨逃逸檢測的重要性，脫硝系統氨逃逸監測儀的分類及原理，同時以現場改造事例進一步說明了高溫抽取式監測方式的適用性。

關鍵詞：氨逃逸；選型；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.029

隨著環保要求的不斷推進，國家對于燃煤電廠脫硫脫硝要求監管更加嚴格。長期以來在SCR運行期間，運行人員按照規程對氨逃逸進行監視調整，但是受限于SCR脫硝系統氨逃逸檢測儀表測量準確度不夠，以及和反應器入口噴氨電動門開度關系不線性，再者數值或者就一直為直線等等原因，機組的氨逃逸監測系統無法正常投運，因此為了更好的控制氨逃逸，對氨逃逸檢測系統的測量準確度提出了更迫切的要求。

1 如何看待氨逃逸檢測重要性

1.1 保證設備安全長周期經濟運行

氨逃逸過量將腐蝕催化劑模塊，造成催化劑失活（即失效）和堵塞，大大縮短催化劑壽命；逃逸的氨氣，會與煙氣中的SO3生成硫酸氨鹽（具有腐蝕性和粘結性）并在脫硝裝置反應器下游的設備及管路上附著，造成淤積不暢、腐蝕及壓力降低等危害。還同時會腐蝕放置催化劑的支撐體。通過查閱有關研究資料：當氨逃逸量為2ppm左右時，空氣預熱器經過半年運行后其運行阻力會上升30%左右；當氨逃逸量升至3ppm左右時，空氣預熱器經過半年運行后其運行阻力會上升50%左右，在實際運行過程中，脫硝系統被噴入的氨一般均高于理論值，雖然脫硝效率隨著氨逃逸量的增加而提高但也會造成原料的浪費。這樣既降低相關設備使用壽命同時增加了運維成本。

1.2 適應更加嚴苛的環保要求

就目前來講，對使用SCR脫硝系統的發電企業而言，通過最小的氨逃逸保證NOx的達標排放是一個十分重要的任務。大多數燃煤火電企業在脫硝系統低效率運行時，氨逃逸率近乎為零，但此時任然存在著一定的氨逃逸；尤其是伴隨催化劑的活性下降以及尾部煙道中NOx濃度分布不一等問題的存在，都會使得氨逃逸量的逐漸增加；伴隨著環保對NOx排放標準的越來越嚴格，要求脫硝效率不斷提升也無法避免造成氨逃逸量的增大，以此氨逃逸檢測的準確性顯得尤其重要。

2 氨逃逸檢測儀表的選型

目前常用的氨逃逸檢測大多采用以下方法 。

2.1 直接安裝式檢測（可調諧二極管激光光譜法檢測儀）

此類方式的測量原理是激光二極管發射特定的單色光，可以避開不同氣體吸收光譜的交叉干擾。激光二極管的溫度隨著自身工作電流的增加或環境溫度的變化而發生變化，使其波長輸出發生變化。通過激光二極管溫度控制器的掃描，可以得到與氣體吸收光譜一致的激光光譜。通過測量數據的處理，可以計算出被測氣體的濃度。

圖1

存在的問題：測量儀器直接安裝在就地并插入煙道實施檢測，由于其光反射部件處于300℃到400℃的高溫煙塵環境下，其檢測探頭端部的反射部件需要4到6個月就要更換，且更換部件費用相對較高，同時由于部分配件由于需要從原廠采購，維修保養周期相對較長成本相對較高。另外在煙氣中的二氧化硫和水蒸氣含量也直接影響測量裝置的準確性，使得部分時段測量數據存在誤差。鍋爐煙道的直徑一般為7-9米，煙氣中含有大量的灰塵，通常在22g/m3左右，灰塵對近紅外激光產生發射、漫射和吸收效應，發出的激光到達接收部件時，光的強度幾乎衰減殆盡，以此檢測不到氨逃逸準確數值。由于安裝位置發生偏移時，維護人員不具備拆卸校準能力，使得數據跳變或者無讀數，同時無法進行校準。

2.2 高溫抽取式監測（煙道氣體抽取法）

圖2

高溫抽取式激光光譜氨逃逸分析儀采用的是檢測發射激光所穿過標準氣室中一條直線上的濃度平均值，標準氣室中的檢測樣氣是通過加熱（一般為250℃）預處理后，經過高溫取樣泵抽取到標準氣室里，通過這樣的形式是的樣氣中的氨濃度更貼近脫硝系統煙道中氨氣體的真實濃度。激光光盤氨逃逸分析儀采用的光發射端和光接收端安裝在標準氣室的兩邊。通過光發射端發出的激光束穿過標準氣室被另一邊的光接收端接收，在接收端通過對檢測到的光信號進行分析，然后通過光電轉換器，將分析結果通過電纜傳輸至發送端的PDA，從而得出所測氣體的濃度轉換為4至20mA電流信號送至PLC，最終到達DCS進行監視。

高溫抽取式激光光譜氨逃逸分析儀的檢測裝置安裝環境好，同時檢測脫硝煙道出口的氨逃逸值與NOx成反比例關系，與機組脫硝效率和噴氨量成正比，測量的延時極小。同時采取了樣氣抽取后的全程伴熱，使得待測量的煙氣在進入高溫標準測量氣室之前品質不發生變化，進一步的確保了檢測儀表的準確性，因此可作為控制噴氨量的調整參考。

測量儀表選型建議相比較以上兩種方式，在前期燃煤火電企業大多采用的是煙道直接安裝式檢測，但高溫抽取式監測也在電力行業和其他涉及氣體檢測的行業領域開始廣泛應用。采用后者的關鍵就是相關的樣氣通過預處理保證了樣氣品質穩定，由于取樣位置可以根據現場實際采取多種形式更具有代表性。對于維護人員而言，當需要進行標定或者驗證時可以非常方便的通入標準氣體。由于直接安裝式測量產品多為進口，配件及維護成本仍然較高。因此采用高溫抽取式監測儀表更適合現場有關要求。

3 氨逃逸設備應用

以某廠#3爐脫硝氨逃逸監測設備為例。

基建安裝時期采用的是煙道直接安裝式檢測，在煙道上以對角方式安裝，隨著運行時間的推移，受到煙道壁震動、摻燒劣質煤等因素影響，檢測數據經常出現跳表、偏底等測量不穩定的情況，不能滿足正常生產需要。2016年超低排放改造期間在#3爐B側安裝了一臺高溫抽取式激光光譜氨逃逸在線監測儀，在機組啟動后對比B兩種氨逃逸監測儀測量的氨逃逸值，直接安裝式監測到的氨逃逸數值有跳變現象，測量存在不穩定現象；高溫抽取式氨逃逸在線監測設備測的氨逃逸值較為穩定，數據無跳變，能符合現場要求。同時經過三個多月的使用，相較于煙道直接安裝式測量準確性沒辦法進行效驗，改造后可隨時通入標氣進行效驗。之前由于煙塵過大影響脫光率，經過改造后樣氣通過預處理裝置使得準確性大大提高。之前發送與接收裝置經常出現偏移無法對齊時需要進行調整維護，且現場位置不易調整，工作量大，改造后現場除了定期對有關濾芯及透光率進行檢查更換外，沒有進行其他維護工作，大大降低了運行及維護成本。

由此可見通過改造高溫抽取式更適用于燃煤發電企業的脫硝氨逃逸監測，其測量更加準確，維護量大大減少，完全可以滿足現場運行監測要求。

參考文獻：

[1]孫克勤等.火電廠煙氣脫硝技術及工程應用[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2]路璐等.脫硝氨逃逸采樣和測試方法的探討與優化[J].華北電力技術，2014（09）.

[3]王森等，在線分析儀表手冊[M].北京，化學工業出版社，2008（09）.