燃煤電廠SCR煙氣脫硝氨逃逸在線監(jiān)測應用現(xiàn)狀分析

李 超， 張 楊， 朱 躍

（1.中國華電集團公司 山東分公司，山東 濟南 250014；2.華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030）

燃煤電廠SCR煙氣脫硝氨逃逸在線監(jiān)測應用現(xiàn)狀分析

李 超1， 張 楊2， 朱 躍2

（1.中國華電集團公司 山東分公司，山東 濟南 250014；2.華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030）

氨逃逸是反映燃煤電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)運行性能狀況的關(guān)鍵參數(shù)。通過開展大范圍的燃煤電廠氨逃逸在線監(jiān)測設(shè)備運行狀況調(diào)研，對當前燃煤電廠氨逃逸在線監(jiān)測設(shè)備的應用概況、應用效果、典型問題進行了系統(tǒng)性的總結(jié)與分析，并提出了相應的應對措施和建議，可為后續(xù)工程應用提供參考與借鑒。

脫硝； 氨逃逸； 在線監(jiān)測； 應用現(xiàn)狀

0 引言

氨逃逸是燃煤電廠SCR煙氣脫硝運行的關(guān)鍵控制參數(shù)，其控制不當將會導致空預器堵塞腐蝕、煙氣阻力損失增大、氨氣吸附在飛灰中造成環(huán)境污染以及還原劑損耗影響企業(yè)效益等問題[1]。然而在實際運行中受脫硝催化劑性能、煙氣條件波動、流場偏差、氮氧化物控制滯后性以及噴氨系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈敏度等因素的影響，往往造成氨逃逸運行超標[2]。因此，實現(xiàn)實時、在線、精確測量氨逃逸率，是進行脫硝裝置安全、穩(wěn)定、高效運行的重要保障。

通過開展大范圍的燃煤電廠氨逃逸在線監(jiān)測設(shè)備運行狀況調(diào)研，對應用概況、應用效果、典型問題進行了系統(tǒng)性的總結(jié)，對當前氨逃逸在線監(jiān)測設(shè)備的運行狀況進行了全面分析，可供后續(xù)工程應用參考與借鑒。

1 氨逃逸在線監(jiān)測技術(shù)分析

當前進入工程應用的氨逃逸在線監(jiān)測設(shè)備，根據(jù)測量原理主要可分為可調(diào)諧二極管激光光譜吸收法（TDLAS）、催化轉(zhuǎn)換法、化學發(fā)光法、傅里葉紅外法、化學比色法等[3,4]。

1.1 TDLAS

基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）技術(shù)是當前氨逃逸在線測量的主流方法，基本原理是按照被測氣體的波長調(diào)整激光束的波長與其相對應，待測氣體遇到激光束時，會吸收激光束中相對應波長的部分能量，使其激光束衰減。被衰減的光能通過接收器進行測量，其大小與被測氣體含量成比例關(guān)系。經(jīng)過信號處理及標定，從而得出待測氣體的含量。此方法具有測量范圍廣、非接觸式測量、響應速度快、靈敏度高、抗干擾能力強等特點。

根據(jù)測量方式又可分為以下三類[5]：

（1）原位測量方式：發(fā)射單元與接收單元直接安裝于煙道的兩側(cè)。

（2）直接抽取式：與CEMS監(jiān)測相似，利用采樣探頭將煙氣抽取到煙道外部進行測量。

（3）滲透管式：將陶瓷滲透管作為腔體插入煙道中，煙氣通過壓差進入腔體再進行測量。

三類測量方式的優(yōu)缺點對比詳見表1。

表1 基于TDLAS測量原理的不同測量方式對比情況Tab.1 Comparison of different measures based on the TDLAS

1.2 催化轉(zhuǎn)換法

煙氣抽取出來經(jīng)預處理系統(tǒng)后分成兩路樣氣，一路樣氣進入煙氣分析儀用于測量NOx，一路樣氣經(jīng)過催化劑，把NH3和NOx在高溫（350℃）下催化還原成H2O和N2，轉(zhuǎn)換后的樣氣進入NOx分析儀中進行測量，與轉(zhuǎn)換前的NOx濃度比較，差值即為氨逃逸量產(chǎn)生的變化。

1.3 化學發(fā)光法

化學發(fā)光法是利用化學反應產(chǎn)生的光能發(fā)射，氮氧化物等化合物吸收化學能后，被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，再由激發(fā)態(tài)返回至基態(tài)時，以光量子的形式釋放能量，化學發(fā)光法即是通過測量化學發(fā)光強度對物質(zhì)進行分析測定。樣品氣經(jīng)壓縮空氣按比例稀釋后送入煙氣分析儀分析后分兩部分進行分析：一部分樣氣中的NH3在750℃的不銹鋼轉(zhuǎn)化爐內(nèi)全部被氧化成了NOx，然后進入煙氣分析儀測得總氮濃度；第二部分樣氣先經(jīng)除氨預處理器得到不含氨的樣氣，然后進入煙氣分析儀測得總氮濃度。通過計算兩部分的差值即為氨逃逸量。

1.4 傅里葉變換光譜法

紅外吸收光譜分析方法主要是依據(jù)分子內(nèi)部原子間的相互振動，不同的化學鍵或官能團，其振動能級從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需要的能量不同，物理吸收不同的紅外光，將在不同波長上出現(xiàn)吸收峰。

利用不同氣體組份對紅外光的吸收光譜特性，紅外光源發(fā)出的光被分光器分為兩束，一束經(jīng)反射到達動鏡，另一束經(jīng)透射到達定鏡。兩束光分別經(jīng)定鏡和動鏡反射再回到分光器，動鏡以一恒定速度作直線運動，因而經(jīng)分光器分光后的兩束光形成光程差，產(chǎn)生干涉。干涉光在分光器會合后通過樣品池，通過樣品后含有樣品信息的干涉光到達檢測器，然后通過傅里葉變換對信號進行處理，最終得到透過率或吸光度隨波數(shù)或波長的紅外吸收光譜圖。

1.5 化學比色法

抽取的樣氣送至測量模塊的吸收池，吸收池中的稀硫酸吸收液將煙氣中的逃逸氨完全溶解吸收，在亞硝基鐵氰化鈉及次氯酸鈉存在下，與水楊酸生成藍綠色的靛酚藍染料，根據(jù)著色深淺于700nm處比色定量測得吸收液中氨濃度，通過計算氨與樣氣體積比得到煙氣中逃逸氨濃度。

上述氨逃逸監(jiān)測方法各有優(yōu)缺點，具體優(yōu)缺點比較見表2。

2 應用分析

2.1 應用概況

如圖1所示，針對231臺機組進行了在線氨逃逸監(jiān)測設(shè)備類型的調(diào)研，涉及品牌型號共計11個，其中大部分均采用TDLAS原理，占比達到93%；采用化學發(fā)光法原理的共計16臺機組，占比為7%；采用化學比色法原理的僅1臺機組。

表2 不同氨逃逸監(jiān)測方法優(yōu)缺點比較Tab.2 Comparison of different measurement methods of ammonia slip online monitoring

圖1 在線氨逃逸監(jiān)測設(shè)備類型分類統(tǒng)計結(jié)果Fig.1 Classification results of ammonia slip online monitoring device

圖2 TDLAS原理在線氨逃逸監(jiān)測設(shè)備分類統(tǒng)計結(jié)果Fig.2 Classification results of ammonia slip online monitoring device based on the TDLAS

如圖2所示，進一步分析采用TDLAS原理的在線氨逃逸監(jiān)測設(shè)備的測量方式，其中采用原位測量的達到188臺，占比為88%；采用直接抽取式的為26臺，占比為12%；調(diào)研機組中并無采用滲透管式測量方式的在線氨逃逸監(jiān)測設(shè)備，說明此方式當前應用范圍較為有限。

2.2 應用效果

如圖3所示，根據(jù)部分反饋的在線氨逃逸監(jiān)測設(shè)備應用效果統(tǒng)計情況來看，能夠正常運行的共計126臺機組，占比70%；反饋設(shè)備故障率較高的共計46臺機組，占比26%；另外有8臺機組反饋無法正常運行，占比為4%。從上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，雖然大部分在線氨逃逸監(jiān)測設(shè)備能夠正常運行，但仍有相當大比例的設(shè)備存在故障率較高的問題，更有少量設(shè)備完全無法正常運行。需要說明的是，上述“正常運行”的定義為能夠監(jiān)測氨逃逸的在線變化趨勢即可，而對數(shù)據(jù)準確性并未做精確要求，這在實際運行中是難以驗證的，在當前在線氨逃逸監(jiān)測技術(shù)條件下也是難以達到的。

圖3 在線氨逃逸監(jiān)測設(shè)備應用效果Fig.3 Application effect of ammonia slip online monitoring device

3 典型問題分析

對表3中故障率較高設(shè)備的故障原因進行了分類統(tǒng)計，結(jié)果如圖4所示。統(tǒng)計結(jié)果表明對光不準共計22臺，占比33%；數(shù)據(jù)波動大共計18臺，占比27%；易出現(xiàn)零漂現(xiàn)象共計15臺，占比22%；管路易堵塞共計12臺，占比18%。進一步分析故障原因，結(jié)果見表3。

從上述故障原因來看，均屬于機組運行過程中的不穩(wěn)定狀況所導致，從某種層度上來說也表明當前應用的在線氨逃逸表計抗干擾、適應性能力較弱，在日常運行中需要加強運行調(diào)整與設(shè)備維護，確保其處于正常運行狀態(tài)。此外，在做好氨逃逸表計維護的同時，SCR煙氣脫硝運行人員應具備通過出口NOx濃度、氨耗量、空預器壓差等在線參數(shù)變化綜合判斷氨逃逸變化的能力。如發(fā)電企業(yè)具備條件，可參考《燃煤鍋爐飛灰中氨含量的測定 離子色譜法》（DL-T1494-2016），對飛灰中的氨含量進行定期監(jiān)測，以此判斷氨逃逸變化情況。

表3 不同故障原因分析Tab.3 Analysis of different fault causes

4 結(jié)語

氨逃逸是反映燃煤電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)運行性能狀況的關(guān)鍵參數(shù)，通過大范圍燃煤電廠氨逃逸在線監(jiān)測設(shè)備運行狀況調(diào)研分析，結(jié)果表明：

（1）氨逃逸因其逃逸量極低、易與SO3反應生成NH4HSO4、吸附性極強、極易溶于水以及受振動、高含塵工況等因素的影響，實現(xiàn)穩(wěn)定、準確在線監(jiān)測較為困難，傳統(tǒng)電化學、紅外和紫外等常規(guī)方法準確性難以保證，而基于TDLAS原理的監(jiān)測技術(shù)由于適應性較強，得到了廣泛應用。

（2）雖然大部分氨逃逸在線監(jiān)測儀表能夠正常運行，但設(shè)備故障率高、抗干擾能力差、適應惡劣工況能力弱仍是當前普遍面臨的問題，另一方面氨逃逸監(jiān)測準確性不僅與儀表本身運行狀況有關(guān)，也與機組運行狀況直接相關(guān)。

（3）發(fā)電企業(yè)應在加強維護、確保氨逃逸在線監(jiān)測儀表正常運行的基礎(chǔ)上，結(jié)合出口NOx濃度、氨耗量、空預器壓差等在線參數(shù)變化，綜合判定氨逃逸情況，從而確保SCR煙氣脫硝安全、穩(wěn)定、高效運行。

[1]張楊，楊用龍，馮前偉，等．燃煤電廠SCR煙氣脫硝改造工程關(guān)鍵技術(shù)[J]．中國電力，2015，48(4)：32-35．Zhang Yang，Yang Yonglong，F(xiàn)eng Qianwei．Key technical issues of SCR denitrification from coal-fired boiler Flue Gas[J]．Electric Power，2015，48(4)：32-35．

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Analysis on the Application Status of Ammonia Slip Online Monitoring of SCR Denitrification From Coal-fired Boiler Flue Gas

LI Chao1， ZHANG Yang2， ZHU Yue2
（1.China Huadian Corporation Shandong Branch,Jinan 250014，China；2.Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030，China）

Ammonia slip is the key parameter of the SCR denitrification from coal-fired boiler flue gas.On the basis of a large sample sizes study on the application status of ammonia slip online monitoring of SCR denitrification from coal-fired boiler flue gas,application situation,application effect,typical problem were systematic summarized and analyzed,and some countermeasures were proposed,which can be used for further reference.

de-NOx； ammonia slip； online monitoring；application status

X773

B

2095-3429（2017）05-0041-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.05.010

2017-08-22

李超（1967-），男，山東煙臺人，本科，高級工程師，主要從事電力企業(yè)環(huán)保、化學方面的技術(shù)管理工作。