氨逃逸監測裝置在電廠1000MW機組中的應用及優化

【摘 要】本文介紹了靖海電廠1000MW機組氨逃逸監測裝置的原理與結構，對其運行中的常見問題進行分析，提出對設備運行環境、電源、反吹氣源的改造措施，并提出優化DCS邏輯和強化設備管理維護的建議。

【關鍵詞】脫硝；氨逃逸監測裝置；問題分析；優化措施

為了減少煙囪出口氮氧化物的排放量，我廠#3、4百萬機組均設計安裝了脫硝裝置，采用向鍋爐尾部煙道噴入氨氣的選擇性催化還原脫硝工藝（SCR）。為防止脫硝噴氨過量帶來的氨氣浪費、空預器堵塞等一系列問題，我廠在脫硝出口安裝了氨逃逸監測裝置，根據實時監測的逃逸氨量來調整噴氨量，防止噴氨過多。然而，該裝置投運兩年多來產生了不少問題，本文對這些問題進行分析總結，并提出了相應的改進和優化措施。

1 測量原理

我廠氨逃逸監測裝置采用抽取式催化反應化學發光法。

1.1 抽取式催化反應法

將監測裝置的取樣探頭分成NOx-NH3通道和NOx通道。NOx-NH3通道內NH3和NOx在催化劑的作用下發生反應，反應方程式為：

由上式可知，反應中NH3和NOx等量被消耗，反應后煙氣中減少的NOx的濃度和NH3的濃度相等。而NOx通道沒有催化劑，NOx不會被消耗。因此，兩個通道的NOx濃度差值正好與NH3的濃度相等。

1.2 化學發光法

該方法的原理是：讓NO與臭氧發生化學反應，對產生的光強度進行測量，從而間接測量出樣氣中NO的濃度。反應方程式為：

反應首先生成高能級的NO2，高能級的NO2向基態NO2跳變的過程中釋放出光子hv（紫外光）。光強度和NO2的濃度成正比?；瘜W發光法準確度很高，可以檢測到分子的個數級別。

2 裝置結構

本裝置由取樣探頭單元、反吹裝置及伴熱管路、預處理單元、分析儀單元等部分組成（圖1）。取樣探頭抽取的樣氣，首先進入預處理單元進行處理，然后進入分析儀進行測量。反吹裝置對探頭及取樣管路進行定期反吹。

2.1 取樣探頭單元

取樣探頭由探針、過濾器、NOx通道、NOx-NH3通道、催化劑、加熱裝置等組成。探針抽取的樣氣由過濾器過濾后分為兩路：一路進入NOx-NH3通道；另一路進入NOx通道。加熱裝置將探頭加熱到最利于催化反應的350℃。

2.2 反吹裝置及伴熱管路

探頭和預處理單元之間的管路采用伴熱管線，通過電阻絲將管路加熱至150℃，防止管路內的水蒸氣冷凝引起堵塞。為防止探頭過濾器及管路積灰堵塞，設置反吹裝置進行反吹清洗。氣源采用電廠儀用壓縮空氣，由PLC控制反吹管路電磁閥實現定期反吹。

2.3 預處理單元

預處理單元對樣氣進行除水、SO3等處理并穩定樣氣流量。NOx通道和NOx-NH3通道的兩路樣氣分別經過一級冷凝器、驅霧器、轉化器、過濾器、流量計、針型閥、采樣泵和二級冷凝器進行預處理。驅霧器吸收樣氣中SO3產生的酸霧，轉化器將樣氣中的NO2全部轉化為NO。樣氣流量控制在1.5±0.25L/min的范圍內。

2.4 分析儀單元

該單元由臭氧發生器、O2分析儀、標準氣瓶、NO分析儀等組成。臭氧發生器產生并提供用于化學發光反應的臭氧。O2分析儀測量樣氣中的O2含量。標準氣瓶用于分析儀的量程校準和零點校準。NO分析儀采用交替流動方式，讓NOx通道樣氣、NOx-NH3通道樣氣、參比氣（N2）交替進入同一個檢測池，被同一個光源檢測器檢測。與采用兩個檢測池分別檢測樣氣和參比氣的方式相比，本方式從理論上消除了儀器的零點漂移和系統誤差。

3 運行中存在的問題

3.1 設備運行環境差

鍋爐上用于安裝分析儀的分析小間，周邊環境溫度和濕度比較高，分析儀本身發熱量也非常大。該房間內只配置一臺壁掛式空調，沒有設置除濕機，不能滿足儀器的溫濕度要求。

3.2 電源單一不可靠

氨逃逸監測裝置是后來增加的系統，機組規劃設計之初沒有預留專門的供電回路。裝置安裝時從附近的檢修電源箱引一路電源為其供電。檢修電源箱沒有設置雙路電源，導致氨逃逸監測裝置存在隨時斷電的風險。此外，當380V檢修段上突然有大功率負載啟動時，會造成該段母線電壓瞬時大幅下降，影響氨逃逸監測裝置正常工作。

3.3 反吹用氣源不合要求

反吹的目的是清除探頭上積聚的粉塵，要求壓縮空氣干燥無水無雜質，而且壓力盡量高（不超過0.97MPa）。而空壓機干燥器的處理能力有限，壓縮空氣含有一定的水分。反吹裝置上的壓縮空氣過濾器只能人工排水，經常由于排水不及時造成探頭過濾器和樣氣管路粘灰堵塞。此外，空壓機至反吹裝置的管路很長，壓縮空氣存在較大的壓降，導致反吹效果不好。

3.4 噴氨過量時NH3測不準

如果脫硝系統運行中噴氨過量，脫硝率太高，造成出口煙氣中NOx的濃度小于逃逸的NH3濃度。此時沒有足夠的NOx與NH3發生反應，NOx-NH3通道內減少的NOx量小于實際的NH3量，測得的NH3值小于實際值。然而，在實際生產過程中，當發生噴氨系統流量計不準、噴氨門調節不好或機組大幅降負荷等情況，噴氨量常常會大于實際需要量。

3.5 探頭及樣氣管路極易堵塞

運行中經常出現樣氣流量過小甚至為零的現象，這些往往是由探頭濾芯嚴重堵塞或者取樣管路堵塞造成的。進一步分析發現，引起探頭及樣氣管路堵塞的原因主要有：壓縮空氣反吹效果不好；管路加熱裝置偶爾不工作導致管路中水蒸氣凝結；探頭及管路定期清理維護不及時。

4 優化措施

4.1 改善設備運行環境

分析儀屬于精密電子元件，對溫度、濕度等環境條件要求高（一般溫度為15～28℃，濕度為40%～70%）。因此，在分析小間配置2臺空調、1臺工業用除濕機，在分析儀機柜內安裝溫度、濕度儀，并將溫濕度信號送至DCS畫面，實現溫濕度在線遠程實時監視。

4.2 優化電源回路配置

為提高電源供電可靠性，改用雙路電源冗余布置，并配置自動切換開關，當一路停電時自動切換至另一路供電。兩路電源分別取自380V鍋爐A段和B段。此外，在供電系統中增加一臺UPS裝置，連接外置蓄電池，提高電源品質，同時在外部交流電全部失去后仍能對裝置進行2小時供電。

4.3 改造壓縮空氣反吹裝置

針對壓縮空氣不干燥且存在壓降的問題，我們在反吹管路上加裝儲氣罐并設置自動排水電磁閥（圖2）。儲氣罐起到穩定壓縮空氣壓力的作用。排水電磁閥由PLC控制，在每次探頭及管路反吹前首先打開儲氣罐排水電磁閥排水3分鐘。排水電磁閥關閉后，再進行吹掃，從而確保壓縮空氣干燥，防止探頭過濾器或者取樣管路積灰堵塞。

4.4 增加噴氨過量報警信號

根據裝置的測量原理，對出口煙氣中NOx濃度、實際NH3濃度和測量NH3濃度之間的關系進行分析，得出如下結論：①當實際NH3濃度

4.5 對重要參數進行遠程監視

將取樣探頭加熱溫度、伴熱管加熱溫度、冷凝器溫度等重要參數分別以4～20mA信號送至DCS系統，進行遠程監視和分析。根據這些溫度信號判斷探頭加熱裝置、管路加熱裝置和冷凝器是否工作正常，一旦發現異常立即采取措施，防止水蒸氣凝結造成堵塞。

4.6 強化設備管理維護

通過設備的精細化管理，及時掌握設備運行健康狀況，盡早發現并解決設備存在的隱患，減少設備故障率，從而確保設備長期健康穩定運行。具體措施如下：

（1）完善設備臺賬，加強易耗件的備品備件管理，做好更換備件記錄；

（2）每天組織維護人員對設備進行全方位的巡檢，發現問題盡快處理；

（3）每月定期對取樣探頭過濾器進行清理，每月對分析儀進行一次人工零點校驗和量程校驗，并做好相關記錄；

（4）每周對設備健康狀況進行分析，對設備出現過的異常及故障情況進行分析、總結并記錄。

5 結語

逃逸氨量是鍋爐運行的重要參數之一，它測量的準確性及精度直接影響鍋爐脫硝系統和空預器運行的安全性、穩定性和經濟性。針對氨逃逸監測裝置運行過程中出現的問題進行改造和優化后，其故障情況大幅減少。我們需要對氨逃逸監測裝置出現的問題繼續分析總結，不斷改進和優化，保證其長期穩定工作。

【參考文獻】

[1]武寶會，崔利.火電廠SCR煙氣脫硝控制方式及其優化[J].熱力發電，2013，42（10）：116-119.

[2]呂國軍.CEMS系統故障預診斷技術[J].中國儀器儀表，2010（2）：38-39，50.

[責任編輯：薛俊歌]