李 超， 張 楊， 朱 躍

（1.中國(guó)華電集團(tuán)公司 山東分公司，山東 濟(jì)南 250014；2.華電電力科學(xué)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(cè)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

李 超1， 張 楊2， 朱 躍2

（1.中國(guó)華電集團(tuán)公司 山東分公司，山東 濟(jì)南 250014；2.華電電力科學(xué)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(yùn)行性能狀況的關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)開展大范圍的燃煤電廠氨逃逸在線監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況調(diào)研，對(duì)當(dāng)前燃煤電廠氨逃逸在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的應(yīng)用概況、應(yīng)用效果、典型問題進(jìn)行了系統(tǒng)性的總結(jié)與分析，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施和建議，可為后續(xù)工程應(yīng)用提供參考與借鑒。

脫硝； 氨逃逸； 在線監(jiān)測(cè)； 應(yīng)用現(xiàn)狀

0 引言

氨逃逸是燃煤電廠SCR煙氣脫硝運(yùn)行的關(guān)鍵控制參數(shù)，其控制不當(dāng)將會(huì)導(dǎo)致空預(yù)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(shí)際運(yùn)行中受脫硝催化劑性能、煙氣條件波動(dòng)、流場(chǎng)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(yùn)行超標(biāo)[2]。因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、在線、精確測(cè)量氨逃逸率，是進(jìn)行脫硝裝置安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的重要保障。

通過(guò)開展大范圍的燃煤電廠氨逃逸在線監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況調(diào)研，對(duì)應(yīng)用概況、應(yīng)用效果、典型問題進(jìn)行了系統(tǒng)性的總結(jié)，對(duì)當(dāng)前氨逃逸在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行了全面分析，可供后續(xù)工程應(yīng)用參考與借鑒。

1 氨逃逸在線監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

當(dāng)前進(jìn)入工程應(yīng)用的氨逃逸在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，根據(jù)測(cè)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(xué)發(fā)光法、傅里葉紅外法、化學(xué)比色法等[3,4]。

1.1 TDLAS

基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）技術(shù)是當(dāng)前氨逃逸在線測(cè)量的主流方法，基本原理是按照被測(cè)氣體的波長(zhǎng)調(diào)整激光束的波長(zhǎng)與其相對(duì)應(yīng)，待測(cè)氣體遇到激光束時(shí)，會(huì)吸收激光束中相對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的部分能量，使其激光束衰減。被衰減的光能通過(guò)接收器進(jìn)行測(cè)量，其大小與被測(cè)氣體含量成比例關(guān)系。經(jīng)過(guò)信號(hào)處理及標(biāo)定，從而得出待測(cè)氣體的含量。此方法具有測(cè)量范圍廣、非接觸式測(cè)量、響應(yīng)速度快、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

根據(jù)測(cè)量方式又可分為以下三類[5]：

（1）原位測(cè)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(cè)相似，利用采樣探頭將煙氣抽取到煙道外部進(jìn)行測(cè)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(guò)壓差進(jìn)入腔體再進(jìn)行測(cè)量。

三類測(cè)量方式的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比詳見表1。

表1 基于TDLAS測(cè)量原理的不同測(cè)量方式對(duì)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(lái)經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)后分成兩路樣氣，一路樣氣進(jìn)入煙氣分析儀用于測(cè)量NOx，一路樣氣經(jīng)過(guò)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(jìn)入NOx分析儀中進(jìn)行測(cè)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(xué)發(fā)光法

化學(xué)發(fā)光法是利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的光能發(fā)射，氮氧化物等化合物吸收化學(xué)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(shí)，以光量子的形式釋放能量，化學(xué)發(fā)光法即是通過(guò)測(cè)量化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析測(cè)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(jìn)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(jìn)入煙氣分析儀測(cè)得總氮濃度；第二部分樣氣先經(jīng)除氨預(yù)處理器得到不含氨的樣氣，然后進(jìn)入煙氣分析儀測(cè)得總氮濃度。通過(guò)計(jì)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(dòng)，不同的化學(xué)鍵或官能團(tuán)，其振動(dòng)能級(jí)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(zhǎng)上出現(xiàn)吸收峰。

利用不同氣體組份對(duì)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(dá)動(dòng)鏡，另一束經(jīng)透射到達(dá)定鏡。兩束光分別經(jīng)定鏡和動(dòng)鏡反射再回到分光器，動(dòng)鏡以一恒定速度作直線運(yùn)動(dòng)，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(huì)合后通過(guò)樣品池，通過(guò)樣品后含有樣品信息的干涉光到達(dá)檢測(cè)器，然后通過(guò)傅里葉變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，最終得到透過(guò)率或吸光度隨波數(shù)或波長(zhǎng)的紅外吸收光譜圖。

1.5 化學(xué)比色法

抽取的樣氣送至測(cè)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(lán)綠色的靛酚藍(lán)染料，根據(jù)著色深淺于700nm處比色定量測(cè)得吸收液中氨濃度，通過(guò)計(jì)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(cè)方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體優(yōu)缺點(diǎn)比較見表2。

2 應(yīng)用分析

2.1 應(yīng)用概況

如圖1所示，針對(duì)231臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了在線氨逃逸監(jiān)測(cè)設(shè)備類型的調(diào)研，涉及品牌型號(hào)共計(jì)11個(gè)，其中大部分均采用TDLAS原理，占比達(dá)到93%；采用化學(xué)發(fā)光法原理的共計(jì)16臺(tái)機(jī)組，占比為7%；采用化學(xué)比色法原理的僅1臺(tái)機(jī)組。

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

圖1 在線氨逃逸監(jiān)測(cè)設(shè)備類型分類統(tǒng)計(jì)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(cè)設(shè)備分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.2 Classification results of ammonia slip online monitoring device based on the TDLAS

如圖2所示，進(jìn)一步分析采用TDLAS原理的在線氨逃逸監(jiān)測(cè)設(shè)備的測(cè)量方式，其中采用原位測(cè)量的達(dá)到188臺(tái)，占比為88%；采用直接抽取式的為26臺(tái)，占比為12%；調(diào)研機(jī)組中并無(wú)采用滲透管式測(cè)量方式的在線氨逃逸監(jiān)測(cè)設(shè)備，說(shuō)明此方式當(dāng)前應(yīng)用范圍較為有限。

2.2 應(yīng)用效果

如圖3所示，根據(jù)部分反饋的在線氨逃逸監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，能夠正常運(yùn)行的共計(jì)126臺(tái)機(jī)組，占比70%；反饋設(shè)備故障率較高的共計(jì)46臺(tái)機(jī)組，占比26%；另外有8臺(tái)機(jī)組反饋無(wú)法正常運(yùn)行，占比為4%。從上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，雖然大部分在線氨逃逸監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠正常運(yùn)行，但仍有相當(dāng)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(wú)法正常運(yùn)行。需要說(shuō)明的是，上述“正常運(yùn)行”的定義為能夠監(jiān)測(cè)氨逃逸的在線變化趨勢(shì)即可，而對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性并未做精確要求，這在實(shí)際運(yùn)行中是難以驗(yàn)證的，在當(dāng)前在線氨逃逸監(jiān)測(cè)技術(shù)條件下也是難以達(dá)到的。

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

3 典型問題分析

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

從上述故障原因來(lái)看，均屬于機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的不穩(wěn)定狀況所導(dǎo)致，從某種層度上來(lái)說(shuō)也表明當(dāng)前應(yīng)用的在線氨逃逸表計(jì)抗干擾、適應(yīng)性能力較弱，在日常運(yùn)行中需要加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整與設(shè)備維護(hù)，確保其處于正常運(yùn)行狀態(tài)。此外，在做好氨逃逸表計(jì)維護(hù)的同時(shí)，SCR煙氣脫硝運(yùn)行人員應(yīng)具備通過(guò)出口NOx濃度、氨耗量、空預(yù)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(cè)定 離子色譜法》（DL-T1494-2016），對(duì)飛灰中的氨含量進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，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(yǔ)

氨逃逸是反映燃煤電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)運(yùn)行性能狀況的關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)大范圍燃煤電廠氨逃逸在線監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)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(yīng)生成NH4HSO4、吸附性極強(qiáng)、極易溶于水以及受振動(dòng)、高含塵工況等因素的影響，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、準(zhǔn)確在線監(jiān)測(cè)較為困難，傳統(tǒng)電化學(xué)、紅外和紫外等常規(guī)方法準(zhǔn)確性難以保證，而基于TDLAS原理的監(jiān)測(cè)技術(shù)由于適應(yīng)性較強(qiáng)，得到了廣泛應(yīng)用。

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

（3）發(fā)電企業(yè)應(yīng)在加強(qiáng)維護(hù)、確保氨逃逸在線監(jiān)測(cè)儀表正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，結(jié)合出口NOx濃度、氨耗量、空預(yù)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(yùn)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(guó)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．

[2]時(shí)光，張楊，裴煜坤，等．某2×600MW機(jī)組“W”火焰鍋爐氮氧化物超低排放改造方案分析[J]．發(fā)電與空調(diào)，2017，175(38)：6-9．Shi Guang，Zang Yang，Pei Yukun，et al．Model analysis on NOx ultra low emission retrofit in 2*600MW“W” typeflameboiler[J]． PowerGeneration amp; Air Condition，2017，175(38)：6-9．

[3]頡萌生．氨逃逸率在線測(cè)量[D]．華北電力大學(xué)，2013．

[4]郭景晨，嚴(yán)海川，韓世亮，等．激光抽取式氨逃逸在線監(jiān)測(cè)設(shè)備在電廠脫硝系統(tǒng)上的應(yīng)用[J]．重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2014，19(5)：60-62．Guo Jingcheng， Yan Haichuan， Han Shiliang， et al．A study on the application of the laser extraction type online monitoring device for ammonia escape in the denitration system of a power plant[J]．Joumal of Chongqing ElecIric Power College，2014，19(5)：60-62．

[5]羅子湛.稀釋取樣法在電站脫硝氨逃逸測(cè)量中的應(yīng)用[J].電站系統(tǒng)工程，2012，28(2)：67-70．Luo Zizhan．Dilution sampling analysis method application in de-NOxammoniaslip measurementforcoal fired power plant[J]．Power System Engineering，2012，28(2)：67-70．

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(tái)人，本科，高級(jí)工程師，主要從事電力企業(yè)環(huán)保、化學(xué)方面的技術(shù)管理工作。