新型氨逃逸率在线检测仪表技改项目的成功应用

新型氨逃逸率在线检测仪表技改项目的成功应用

叶晋

（大唐陕西发电有限公司灞桥热电厂陕西省西安市710038）

摘要：为防止锅炉燃烧后产生过多的NOx污染环境，脱硝技术在火力发电厂已广泛应用。脱硝过程中多种因素导致氨逃逸率过大。逃逸的氨气与烟气中三氧化硫和水反应生成硫酸氢铵对脱硝下游设备腐蚀，而且污染环境，因此准确、灵敏、快速监测氨逃逸率是脱硝系统优化运行的前提。但问题在于：由于氨逃逸率低、易吸附、低温易发生化学反应以及现场高温、高粉尘工况，使得氨逃逸率测量十分困难。采用传统抽取式、原位对穿式和原位渗透式三种测量方式的氨逃逸监测仪表使用效果并不理想，部分仪表甚至在安装后就处于瘫痪状态。我厂于2015年底在1号炉脱硝出口A、B两侧烟道各安装了一台由清华大学研发的新型氨逃逸率在线检测仪表。与其它仪表测量方式不同，该仪表采用独特的原位取样式测量，将测量腔体安装在烟道内，保证测量工况与烟气工况一致。同时，该仪表具有避免氨气吸附的测量腔体、高精度反射镜和过滤取样系统，解决了氨逃逸率在实际测量中的关键技术问题。该仪表的测量曲线与锅炉负荷、喷氨量、氮氧化物浓度、烟气流量等相关性强，氨逃逸浓度符合脱硝系统的运行规律。新型氨逃逸测量仪表的成功应用，为我厂下一步脱硝系统的优化运行提供了基础数据。

关键词：氨逃逸脱硝TDLAS技术

1前言

为防止锅炉燃烧后产生过多的NOx污染环境，脱硝技术在火力发电厂已广泛应用。脱硝过程中由于NH3/NOx摩尔比、氨气和氮氧化物分布不均匀、负荷、温度、催化剂性能等因素影响都会导致氨逃逸率较大。逃逸的氨气与烟气中SO3反应生成NH4HSO4，该物质具有很强的粘性和腐蚀性，不仅会影响催化剂活性，而且会引起空气预热器腐蚀和堵塞，甚至引起不必要的停机。此外，较大的氨逃逸率也会增加脱硝系统的运行成本，而且逃逸的氨气也会对灰分和大气造成污染。脱硝系统的理想运行状态是在NOX满足国家排放标准的前提下，使氨逃逸率维持在最低水平，因此准确、灵敏、快速监测氨逃逸率是脱硝系统优化运行数据基础。

目前氨逃逸监测仪表测量原理都是基于可调谐二极管激光吸收光谱技术，根据测量方式，可分为以下三类：传统抽取式、原位对穿式和原位渗透式。与氮氧化物、二氧化硫等气体浓度测量相比，氨逃逸率测量要困难的多，主要原因有：（1）脱硝出口氨逃逸率极低，一般只有几ppm左右，传统的非分散红外、紫外差分、电化学等技术不适用；（2）氨气极易溶于水（1：700）、极易吸附在管道表面，传统的抽取式与渗透管式测量会改变烟气中氨气浓度，而更为严重的是，当抽取温度低于260℃时，烟气中的氨气还会与三氧化硫和水应生成硫酸氢铵，测量结果偏离真实值；（3）烟气中粉尘含量高，原位对穿式测量激光只能透过一两米左右的光程，而且烟道变形也经常导致激光发射和接收单元对不准。这三种测量方式的氨逃逸监测仪表使用效果并不理想，部分仪表甚至在安装后就基本处于瘫痪状态。

通过调研，我们了解到由清华大学研发的新型氨逃逸率在线监测仪表在理论上能够实现氨逃逸测量，并于2015年底签署了安装协议。自完成调试投运3个多月以来，氨逃逸率测量曲线与负荷、喷氨量、氮氧化物浓度、烟气流量等相关性强，氨逃逸浓度与脱硝喷氨量变化趋势吻合的很好，截至目前为止，我们认为该氨逃逸率在线监测仪表运行情况比较稳定，而且基本没有维护量。氨逃逸率测量仪表的成功应用，为下一步脱硝系统的优化运行提供了基础数据。未来我们拟将氨逃逸率测量数据结合氮氧化物监测数据共同作为调节喷氨量的基础数据，提高机组运行的经济性和安全性。

2仪表测量原理

与传统的抽取式测量和原位对穿测量方式不同，该仪表采用独特的原位取样式测量，将测量腔体安装在烟道内，利用烟气加热腔体，腔体温度与烟道中烟气温度一致，并具有可避免氨气吸附的测量腔体、高精度反射镜、和取样过滤系统。在动力抽吸作用下，烟气通过过滤器过滤后直接进入测量腔。激光发射和接收单元安装在测量腔上，发射单元产生的激光入射到测量腔中，入射光束经过前端反射镜后沿原方向返回，反射光束通过光电探测器接收并转化为电信号进行数据处理，测量系统示意图如下所示。

图1新型氨逃逸率测量系统图

该仪表结合了原位对穿式（温度、气体组分不变）和传统抽取式（光强信噪比高、稳定）的优点，主要表现在以下方面：

1、与原位对穿式相似，由于测量腔安装在烟道内部，烟气温度和烟气组分浓度不变，测量结果具有代表性；

2、与传统抽取式相似，由于采用滤芯对烟气中粉尘进行过滤，激光透过率高而且光路很稳定，测量信号信噪比高；

3、由于采用了可密闭测量腔体，可实时在线进行零点和氨气浓度标定；

4、测量腔体和激光发射接收单元一体化安装，系统稳定性很高，可长期稳定运行。

3氨逃逸仪表情况

仪表分别安装于脱硝出口与空预器入口之间的A、B两侧水平烟道，现场实物如下图所示。我厂1号机组为300MW燃煤机组，脱硝方式采用SNCR+SCR。脱硝尿素喷枪共有5层，其中一、二、三、四层喷枪分别上下布置在炉膛出口，第五层喷枪布置在炉膛出口水平烟道。主要通过控制尿素溶液流量B和尿素溶液流量C阀门开度，来增加或减小喷氨量，以此来控制脱硝出口NOX浓度。

尿素溶液流量B—棕色；尿素溶液流量C—青色；

第5层尿素溶液流量—紫色；氨逃逸率（绿色）

图42016年3月20号04：30~3月21号4：30历史曲线

由上图可知，在脱硝工况变化时，仪表实际运行曲线与负荷、喷氨量、氮氧化物浓度、烟气流量等相关性强，氨逃逸浓度符合脱硝系统的运行规律。

4结论与展望

该新型氨逃逸在线监测仪表针对氨逃逸测量中氨气浓度极低、易吸附、易反应、烟气粉尘浓度大等特点，结合原位测量和取样测量的优点，首次采用原位取样式测量方法，并具有可避免氨气吸附的测量腔体、高精度反射镜和取样过滤系统，解决了氨逃逸率实际测量的关键技术问题。仪表实际运行曲线与负荷、喷氨量、氮氧化物浓度、烟气流量等相关性强，氨逃逸浓度符合脱硝系统的运行规律，截至目前为止，该氨逃逸率在线监测仪表运行情况比较稳定，而且没有维护量。

新型氨逃逸测量仪表的成功应用，为下一步脱硝系统的优化运行提供了基础数据。未来我们拟将氨逃逸率测量数据结合氮氧化物监测数据共同作为调节喷氨量的基础数据，在保证脱硝效率、氮氧化物排放的基础上实现精细喷氨，预期可为电厂节约可观的脱硝成本、延长空气预热器堵塞周期、降低排烟温度、减小环境污染、降低非计划停机风险、提高机组经济安全运行。