史玉偉 ，劉 柱

(1. 通遼發(fā)電總廠，內(nèi)蒙古 通遼 028011； 2. 通遼盛發(fā)熱電有限責任公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

原位取樣式氨逃逸率在線監(jiān)測儀表在燃煤電廠的應(yīng)用

史玉偉1，劉 柱2

(1. 通遼發(fā)電總廠，內(nèi)蒙古 通遼 028011； 2. 通遼盛發(fā)熱電有限責任公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

目前電廠脫硝后氨逃逸率監(jiān)測一般采用抽取式或原位對穿式測量儀表，由于國內(nèi)燃煤電廠粉塵含量高及氨氣易吸附、易反應(yīng)等原因，這2種測量方式在實際應(yīng)用中均存在一些問題。對此在提出氨逃逸測量必要性及測量難點基礎(chǔ)上，介紹了北京新葉能源科技有限公司NLAM1512原位取樣式氨逃逸率在線監(jiān)測儀表及其在通遼電廠的應(yīng)用情況，結(jié)果表明，該儀表可準確測量脫硝后氨逃逸率，為確定脫硝中噴氨量提供依據(jù)，為確定脫硝優(yōu)化應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

氨逃逸；TDLAS；NLAM1512；原位取樣

1 氨逃逸測量的必要性

隨著火電行業(yè)的迅猛發(fā)展，氮氧化物的排放對環(huán)境造成了較大破壞，也被世界各國公認為主要大氣污染物之一。近幾年來，脫硝技術(shù)在火力發(fā)電廠中應(yīng)用越來越廣泛。在脫硝過程中，由于氨氮摩爾比、氨氮分布不均勻、煙氣溫度、催化劑中毒、堵塞等因素都會導(dǎo)致氨逃逸率過大。尤其隨著時間的推移，脫硝系統(tǒng)故障(如催化劑老化、中毒、噴氨管道堵塞等)會越來越多地出現(xiàn)。此外，目前火力發(fā)電廠煤質(zhì)和負荷多變不僅僅導(dǎo)致煙氣中氮氧化物濃度波動劇烈，而且也使得脫硝系統(tǒng)大部分時間背離最佳工況，同時由于目前氮氧化物濃度測量、噴氨都有較大的滯后性，這也使得脫硝過程中經(jīng)常出現(xiàn)氨逃逸率較大的情況。逃逸的氨氣不僅會吸附到飛灰中或直接逃逸到大氣中造成環(huán)境污染，而且會與煙氣中三氧化硫和水反應(yīng)生成具有高粘性和腐蝕性的硫酸氫銨，在上游粘結(jié)在催化劑表面影響脫硝系統(tǒng)的脫硝效率，在下游引起空氣預(yù)熱器腐蝕和堵塞，進而引起排煙溫度升高，增大引風(fēng)機出力甚至引起不必要的停機。因此，如果能對脫硝出口氨逃逸率進行在線精確測量，不僅可以實時監(jiān)測脫硝系統(tǒng)運行是否正常，同時還可以為脫硝系統(tǒng)噴氨量提供反饋，在保證脫硝效率、氮氧化物排放的基礎(chǔ)上實現(xiàn)精細噴氨，提高機組安全經(jīng)濟運行[1-4]。

2 氨逃逸測量難點及目前儀表存在的問題

由于測量環(huán)境和氨逃逸本身的物理化學(xué)特性，使得脫硝后氨逃逸監(jiān)測存在以下難點[5-6]。

a.脫硝出口氨逃逸濃度極低，一般只有幾μL/L左右，只有在逃逸濃度極大的工況下才會達到10 μL/L量級，這也對氨逃逸率的測量精度提出了極高的要求，一般要求小于0.5 μL/L甚至更低。因此，用于測量氮氧化物、二氧化硫等污染性氣體的非分散紅外、紫外差分、電化學(xué)等技術(shù)均不再適用。

b.氨氣極易溶于水，而且吸附性極強，目前CEMS所采用的抽取測量方式不再適用。另外，在抽取煙氣過程中，氨氣不僅會吸附在管壁上，而且當抽取溫度(伴熱管線、測量腔體等所有煙氣流經(jīng)的路徑)低于300 ℃時，煙氣中的氨氣還會與三氧化硫和水反應(yīng)生成具有高粘性和腐蝕性的硫酸氫銨，因此傳統(tǒng)抽取式測量的氨逃逸濃度會嚴重偏離真實值。

c.在脫硝出口，煙氣中粉塵含量很高，一般達到幾十g/m3，當采用激光等光學(xué)方法測量時，激光只能透過1～2 m的距離，而煙道寬度一般在3 m以上。與此同時，負荷變化以及機組啟停時往往使得激光發(fā)射單元和接收單元不能對準。因此，激光原位對穿方式測量也不適用于氨逃逸率監(jiān)測。

目前國內(nèi)應(yīng)用的氨逃逸率儀表主要分為原位對穿式、抽取式和滲透管3種方式，但是由于氨氣濃度極低、氨氣性質(zhì)獨特以及測量工況惡劣等問題，3種儀表在使用過程中都存在諸多問題。原位對穿式由于國內(nèi)電廠煙氣中粉塵含量極高，達到50 g/m3，使得激光無法對穿煙道，經(jīng)常無法接收激光信號，為此某公司采用斜對角安裝方式，這種安裝方式由于安裝位置的問題，角落處極有可能形成煙氣死區(qū)，測量代表性差。另外，原位安裝儀表由于是開放式測量環(huán)境往往無法進行標定。滲透管式濾除了煙氣中的粉塵，激光透過率得到保證，然而由于采用滲透方式，存在氣體更新速度慢、滲透孔堵灰等問題，而且在使用過程中難以消除本底信號的影響。傳統(tǒng)抽取式采樣探頭安裝在煙道內(nèi)，測量腔安裝在煙道外，對采樣管路進行伴熱(150～220 ℃)，然而當溫度低于300 ℃時，煙氣中氨氣和三氧化硫開始反應(yīng)生產(chǎn)硫酸氫銨，與此同時，氨氣極易吸附，易溶于水，即便在高溫下仍然存在吸附現(xiàn)象，因此在取樣過程中煙氣中氨氣濃度已經(jīng)發(fā)生改變，進而導(dǎo)致測量結(jié)果失真。據(jù)調(diào)研電廠工作人員反映，目前市場上氨逃逸率監(jiān)測儀表基本上都不能準確測量脫硝出口氨逃逸率，甚至連氨逃逸濃度變化趨勢也無法響應(yīng)，部分儀表安裝后基本處于癱瘓狀態(tài)。

3 原位取樣式測量方案

考慮到原位對穿式和傳統(tǒng)取樣式各自的優(yōu)缺點，在5號爐安裝了北京新葉能源科技有限公司的NLAM1512原位取樣式氨逃逸率在線監(jiān)測儀表，其測量方案如圖1所示。測量探頭安裝在煙道內(nèi)，儀表主要包括分析儀、激光發(fā)射接收單元、測量探頭和抽氣裝置。激光控制模塊控制激光器發(fā)射出相應(yīng)波長的激光，經(jīng)過光纖分束器后一束激光進入?yún)⒈葐卧?，另一束激光進入測量探桿，經(jīng)過氨氣吸收后到達回射器，被反射后再次被氨氣吸收，由光電探測器接收并傳輸至數(shù)據(jù)采集處理模塊，數(shù)據(jù)采集處理模塊根據(jù)采集到的參比池信號和測量腔信號分別進行波長鎖定及煙氣中氨氣濃度測量。

圖1 NLAM1512氨逃逸率在線監(jiān)測儀表結(jié)構(gòu)

由圖1可知，與原位對穿式和傳統(tǒng)抽取式測量方法相比，原位取樣式測量方法具有以下優(yōu)點。

a.結(jié)合了原位測量和取樣測量的優(yōu)點，既保證了測量溫度與煙道中煙氣溫度一致(不會因為溫度變化導(dǎo)致煙氣組分改變)，還可以對煙氣中粉塵進行過濾，可提高激光透過率、信噪比和測量精度。

b.取樣流程極短。傳統(tǒng)抽取式取樣管線一般在幾m左右，而原位取樣式測量可以極大地縮短取樣管線，煙氣進入測量腔體前流經(jīng)管道路徑可控制在幾cm以內(nèi)，同時還采用特殊材料內(nèi)襯以防止氨氣吸附，因此可以忽略取樣過程中氨氣的吸附作用，確保氨逃逸率測量結(jié)果與真實情況一致。

c.系統(tǒng)穩(wěn)定性高。測量系統(tǒng)采用一體化設(shè)計，激光入射單元和探測單元安裝在測量腔體外側(cè)法蘭上，入射光束到達腔體前端后通過自行設(shè)計加工的高精度角錐反射鏡返回，該反射鏡不僅反射率高、耐高溫、耐腐蝕、耐沖刷，而且可以消除光路中激光干涉等因素的影響，同時還可以確保反射光束與入射光束平行且不會因為腔體變形、機械振動、反射鏡位移而發(fā)生光路改變。

d.無能耗抽氣裝置。利用煙道與大氣之間的壓差設(shè)計了獨特的抽氣裝置，該裝置無需機械泵、蠕動泵、射流泵等耗材(需要經(jīng)常更換)，而且也不需要消耗電廠壓縮空氣，經(jīng)久耐用、穩(wěn)定性好，抽氣流量可達15 L/min，腔體中煙氣更新速度小于10 s。

e.同工況在線標定技術(shù)。目前市場上原位對穿式和抽取式氨逃逸率監(jiān)測儀表標定存在下述問題：原位對穿式是開放測量環(huán)境，無法對儀表進行原位標定，而抽取式的標定工況(一般小于200 ℃)與測量工況(350 ℃)尤其是溫度差異很大。本研究設(shè)計的原位取樣式測量方法不僅可以在實際運行中自動標定零點和滿量程，而且標定工況與測量工況(溫度、壓力等)相同，標定結(jié)果可直接應(yīng)用于實際測量，可保證儀表在長期運行中的測量精度。

4 原位取樣式儀表測量結(jié)果

儀表安裝于5號爐AB側(cè)SCR脫硝后空預(yù)器前位置，現(xiàn)場安裝如圖2所示。

圖2 NLAM1512現(xiàn)場安裝圖

圖3 5號爐A側(cè)(1)

圖4 5號爐A側(cè)(2)

圖5 5號爐B側(cè)(1)

圖6 5號爐B側(cè)(2)

其測量數(shù)據(jù)歷史曲線如圖3—圖6所示，可知該儀表測得的數(shù)據(jù)與噴氨量、負荷、氮氧化物濃度關(guān)系相關(guān)性很強，即使0.1～0.2 μL/L的氨氣濃度波動也能準確響應(yīng)。另外，自安裝以來，除了試驗時間以外，該儀表運行情況比較穩(wěn)定，測量數(shù)據(jù)可靠，可為火電機組脫硝系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行提供有價值的數(shù)據(jù)。

5 結(jié)論

由于國內(nèi)燃煤電廠粉塵含量高及氨氣易吸附、易反應(yīng)等原因，使得原位對穿式和傳統(tǒng)抽取式氨逃逸率在線監(jiān)測儀表在使用過程中都存在一些問題，本文綜合考慮實際工況，采用原位取樣方式監(jiān)測儀表對氨逃逸率進行測量，將測量腔安裝在煙道內(nèi)部，測量環(huán)境與煙氣溫度一致，可以保證煙氣成分不變，實現(xiàn)高保真測量。通過運行結(jié)果可以看出，該儀表可對氨逃逸率進行準確測量，與噴氨量、脫硝入口NOx、出口NOx具有很好的相關(guān)性，可以為脫硝噴氨量提供反饋，應(yīng)用于脫硝優(yōu)化控制中。

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Application of in Situ Ammonia Escaping Rate On-lineMonitoring Instrument in Coal Fired Power Plant

SHI Yuwei1, LIU Zhu2

(1. Tong Liao General Power Plant, Tongliao，Inner Mongolia 028011，China；2.Tong Liao Sheng Fa Thermo Electric Co., Ltd.,Tongliao,Inner Mongolia 028000,China)

At present, ammonia escape rate monitoring after denitrification uses sampling type or in situ type. Due to the domestic coal-fired power plant high dust content and ammonia adsorbed reactive and other reasons, there are some practical application problems in these two kinds of measurement methods. On the basis of ammonia escape measuring necessity and measurement difficulties, this paper introduced Beijing New Leaf Energy Technology Inc. NLAM1512 in situ sampling ammonia escape online monitoring instrument and its application in Tongliao power plant. The results show that the instrument can accurately measure the ammonia escaping rate after denitrification. Then it can provide the basis for ammonia injection in the denitrification and it can provide the basis data for the denitrification optimization.

ammonia escapeing；TDLAS；NLAM1512；in situ sampling

X831

A

1004-7913(2017)08-0041-03

史玉偉(1968)，女，學(xué)士，工程師，從事電廠熱控技術(shù)管理工作。

2017-04-21)