大型熱電聯產機組煙氣脫硝氨逃逸控制技術改造探討

王成相

(華能營口熱電有限責任公司,遼寧營口 115000)

大型熱電聯產機組煙氣脫硝氨逃逸控制技術改造探討

王成相

(華能營口熱電有限責任公司,遼寧營口 115000)

本文對脫硝氨逃逸測量的重要性進行了簡要介紹與分析,并同時對脫硝氨逃逸分析儀表改造前后儀表原理選型、數據比較、設備安裝、現場調試等技術進行了介紹與展望,以期對燃煤電廠機組的脫硝氨逃逸選型、安裝、調試等工程改造問題提供一定的參考。

脫硝 氨逃逸 重要性 儀表選型 設備改造

煙氣脫硝是燃煤電廠繼煙氣脫硫之后中國控制工業鍋爐污染物排放的又一重點領域。我們通過對多家電廠的調查發現：在SCR脫硝運行過程中，雖然運行人員對氨逃逸的限制做了很多工作，但由于目前絕大多數燃煤電廠SCR脫硝系統氨逃逸分析儀表測量普遍不準確，或者根本不跟隨噴氨流量或噴氨閥門的開度大小產生變化，而是以0.0ppm的直線一直畫到底…等等，脫硝機組的氨逃逸監測系統基本上無法正常投入。所以有效的控制氨逃逸，提高氨逃逸分析儀表的測量精度乃當務之急。否則，就不可能真正實現對氨逃逸量的有效控制。

1 氨逃逸監測的重要性

無論何種形式的SCR脫硝裝置，準確的氨逃逸率數值監測，最大程度提高脫硝效率、檢測氨在反應區內的空間分布及催化劑的堵塞及老化等方面都起著重要的作用。由于氨逃逸率數值是影響SCR系統運行的重要參數。在實際生產中，被噴射進入系統的氨通常多余理論氨，反應后煙氣下游多余的氨被成為氨逃逸。NOx脫除效率隨著氨逃逸量的增加而提高，在某一個氨逃逸量后達到一個漸進值。氨逃逸率的增大雖然會提高脫硝效率，但也會造成還原劑的浪費，逃逸的NH3不僅容易引起催化劑中毒和污染環境，而且會與煙氣中的水蒸汽、SO3發生反應生成硫酸氫銨，在反應器下游的設備和管道上沉積，引起堵塞、腐蝕和壓降等問題，同時還會對催化床層金屬支撐架造成腐蝕危害。有研究測試結果表明：氨逃逸量達2ppm左右，空預器運行半年后其阻力增加約30%;氨逃逸達到3ppm，空預器運行半年后其阻力增加約50%，既費電有折壽，嚴重增加生產運行、維護成本。對于應用SCR脫硝技術的電廠來說，如何用最小氨逃逸量來滿足降低NOx的合格排放，這一課題十分重要;對SCR機組的可靠運行來說，對氨逃逸率數值限制的重要性不亞于比NOx轉化率的限制，所以需要對氨逃逸率的數值進行嚴格監視及控制。

雖然許多燃煤電廠在脫硝運行效率比較低的情況下，氨氣的逃逸率接近為零，但是在實際運行過程中氨逃逸是一直存在的;特別是隨著催化劑活性的下降及尾部煙道中NOx濃度分部的不均勻等一系列問題的出現，都會造成氨逃逸量的逐漸增大;另外隨著國家新的NOx排放新標準的出臺及環保核查的越來越嚴格，NOx的排放濃度降低到100mg/Nm3以下，這樣脫硝效率的升高必然導致氨逃逸量增大，所以氨逃逸分析儀的長期穩定運行及監測數值的準確顯得尤為重要。

圖1 可調諧二極管激光光譜法監測儀測量氨逃逸運行曲線

圖2 激光光譜高溫抽取式氨逃逸分析儀測量氨逃逸運行曲線

2 氨逃逸測量儀表的選型

2.1 現場直插式監測(可調諧二極管激光光譜法監測儀)

可調諧二極管激光光譜法監測儀是激光二極管的光通過測量氣體被光二極管檢測。激光二極管的波長可調諧成被測氣體的吸收波長。此光被調諧波長掃描，并由光二極管把透過光信號記錄下來，由計算單元計算吸收光的大小并得到氣體的濃度。使用過程中存在的問題：可調諧二極管激光光譜法監測儀直接插入煙道進行測量，采用的是單點取樣監測的方法.激光反射部分長期在近400℃的高溫高粉塵下工作，造成測量探頭前部的反射棱鏡使用周期僅3-6月，更換此部件的價格也非常昂貴;同時主要T/R單元的故障率較高，維修成本高、維修周期長，根本滿足不了氨逃逸分析儀表的長期穩定運行和環保核查的需要。另外煙氣中的SO2和水蒸汽的含量也直接影響分析儀表測量數值準確性，使得此儀表測量誤差較大;當脫硝率和噴氨流量減小或增大時，此儀表測量數值幾乎無變化，檢測的氨逃逸值與各種參數沒有良好的趨勢匹配。某電廠使用可調諧二極管激光光譜法監測儀測量氨逃逸運行曲線(圖1)：氨逃逸(0-20ppm)與噴氨量(0-100%)的關系。

2.2 高溫抽取式監測

激光光譜氨逃逸分析儀監測到的是激光所貫穿標準測量氣室過程中整條線上的平均濃度，而標準測量氣室(標準測量氣室必須是“直”型的)內的樣氣是經高溫(250℃)預處理后，通過高溫取樣泵抽取到標準氣室里的，這樣就使標準氣室內部樣氣中NH3濃度更能代表煙道中NH3氣體的真實濃度。紅外激光光譜NH3分析儀實行的是現場監測光學發射端與光學接收端對射安裝在標準氣室的兩側。我們通過現場光學端的發射部份發射出來的激光，光束穿過標準氣室到對面的光學接收端，在接收端將監測到的原始信號進行數據分析，分析后經光電轉換器，將接收的光信號轉換成電信號，通過預制電纜線回到發射端的PDA，得出氣體的監測濃度變4-20mA電流信號送到機柜內部PLC，最后到達DCS進行監測。

激光光譜氨逃逸分析儀基本上無需進行現場校驗，測量誤差較小，測量脫硝出口氨逃逸值與出口NOx值成反比，與脫硝率和噴氨流量成正比，并且反應及時沒有時間滯后。檢測的氨逃逸值之所以與各種參數有良好的趨勢匹配，是由于此抽取式氨逃逸分析儀表采用的是全程高溫伴熱，使煙氣在進入高溫標準測量氣室之前，煙氣本身的品質沒有發生任何變化，進一步保證了分析儀表測量的及時準確，具有很好的代表性，可以考慮做為噴氨控制調節的參考。某電廠使用高溫抽取式氨逃逸分析儀測量氨逃逸運行曲線(圖2)：氨逃逸(0-20ppm)與噴氨量(0-100%)的關系。

2.3 氨逃逸測量儀表的選型建議

比較激光光譜法原位測量和激光高溫抽取法測量，雖然在前一段時間內電力市場的主流是激光光譜法原位測量，但是抽取式測量方法在同行業的使用經驗已經更是比較成熟的。采用抽取式方法測量氨逃逸數值，關鍵環節就是樣氣通過預處理時，必須保證樣氣始終在高溫潔凈狀態;如果這一關鍵條件滿足，同時儀表本身測量數值準確、運行穩定，采用一拖一全獨立配置的高溫抽取式氨逃逸測量系統完全可以滿足長期測量的穩定性和準確性。

3 氨逃逸設備改造

3.1 現場安全管理

設備到達現場后，首先廠家代表要辦好工程開工報告的審批;其次安全監察部、設備部、專業班組對廠家設備安裝調試人員要進行廠、部、班的三級安全教育培訓;同時要求廠家就現場設備安裝調試方面的安全做出承諾，一切工作均要按照廠、部、專業安全管理的要求，并簽署安全保證書。其次就現場設備安裝其他方面的安全工作，專業負責人、班組相關工作負責人及廠家全體安裝調試人員進行了相互的討論，進行設備安裝調試工作安全技術交底，并在安全技術交底書上簽字。最后在完成辦理外包單位熱機工作票、動火票后，安裝工作正式開工。

3.2 現場設備安裝

3.2.1 盤柜運輸

由于激光光譜氨逃逸分析儀采用的是高溫抽取式測量方式，高溫取樣泵抽取煙道內部的煙氣經過高溫預處理后進入標準測量氣室進行測量分析。所以出廠前高溫預處理就已經安裝在了分析盤柜內部，包括PLC等其他精密儀表，這樣就造成盤柜比較大，又很重，鍋爐4層爐后現場的平臺過道很窄，同時彎道有較多，給盤柜的運輸造成了很大的難度，最后結合以往的施工安裝工作經驗，把電動葫蘆、倒鏈及液壓運盤車等聯合運用，僅用了一個半小時就將盤柜毫發無損的運送到位。

3.2.2 就地取樣裝置安裝

由于原來氨逃逸儀表遺留的安裝口比較大、不配套，最主要的是原設備安裝法蘭露出煙道外部保溫的距離過大，不能滿足高溫預處理的要求;專業果斷做出在原儀表安裝口上部重新開孔的決定，但在開孔過程中必須使用角磨開孔，不能使用火焊，防止鐵渣進入煙道和空預器內;同時要保證安裝時，取樣探頭的安裝法蘭距離煙道外部保溫控制在100mm，探頭的前部要向下傾斜15度角，以減小煙道內部的粉塵積累和沖刷，延長取樣探頭一、二級濾芯的使用壽命，防止濾芯損壞和堵塞，提高儀表測量的準確和長期運行穩定。

3.2.3 盤柜內部管路及線路安裝

要求一定要保證樣氣與標氣管路的連接正確緊密，保證氣路的氣密性。高溫取樣管路要保證一定的彎曲弧度，防止內部的取樣管路彎折堵塞或斷裂，同時也保證取樣管路內部的高溫伴熱帶完好無損。電源及信號線路的電纜規格按照規程的要求進行敷設，同時也要滿足測量的需要。電源開關額定電流要滿足分析儀表盤柜加熱功率的需要，同時電源電纜在送電前要進行線路絕緣檢查，與開關端子之間連接要正確緊固。信號電纜連接時要防止正、負短路，防止損壞I/0模塊，同時保證連接的緊固和準確。電纜保護金屬軟管的連接和走向要美觀、順暢。

3.2.4 激光光譜氨逃逸分析儀表關鍵部件光學發射端及接收端的安裝

要求安裝人員，連接法蘭螺栓要固定牢固，防止法蘭螺栓由于平臺的長時間震動而造成松動，進而影響發射端與接收端的透光度，同時影響到儀表測量的準確;發射端與接收端所有的連接預制電纜一定要連接正確、緊密，布線走向要整齊美觀。

3.3 現場儀表調試

分析儀表送電前檢查，送電后首先開始的是高溫加熱系統進行預加熱檢查測試，需要一個工作日(包括盤柜內部高溫箱加熱器、高溫取樣管路伴熱及探頭內部加熱器)。其次調試人員對儀表開始正式整體自身靜態調試，此時分析儀表個加熱系統經過一天的試運行已趨于穩定，設定溫度與實測溫度相同，儀表開始采樣空氣和標氣進行試分析測量。觀察分析儀表透光度是否滿足測量要求，PLC開始記錄儲存靜態試驗測量記錄。再次分析儀表開始接入系統抽取樣氣進行測量觀察。在檢查信號線路絕緣電阻及接線正確后，分析儀表信號正式進入DCS監測，調試人員對現場分析儀表定時巡檢，實時記錄調整。最后分析儀表進入脫硝系統進行聯調、試運、移交生產。

4 結語

實踐表明燃煤電廠氨逃逸測量選用激光光譜高溫抽取式氨逃逸分析儀測量鍋爐SCR脫硝出口氨逃逸數值，能夠較好地反映真實的氨逃逸濃度值，與NOx、脫硝率、噴氨流量都有及時的趨勢匹配。從根本上保證了運行人員能夠準確的監測氨逃逸數值;對保護脫硝下游設備的運行安全、提高脫硝效率、檢測催化劑的堵塞及老化、滿足環保核查、提高節能減排等方面起到了重要的作用。同時安全、優質、高效的完成設備的改造安裝調試，對提高整個企業的安全生產及安裝后設備運行的長期穩定更起著關鍵作用。

通過聯系多家燃煤電廠的氨逃逸儀表的使用情況了解到：脫硝氨逃逸設備運行不穩定和測量數值測量不準是一個普遍而又頭疼的問題。激光光譜高溫抽取式氨逃逸分析系統的出現，從根本上解決了燃煤電廠的以上問題，大大降低了設備的運行維護成本，滿足了環保核查的需要，提高了燃煤電廠節能減排效率，為實現我國“美麗中國”貢獻力量。