火電廠脫硝系統氨氣逃逸監(jiān)測異常情況分析及改進

劉達

火電廠脫硝系統氨氣逃逸監(jiān)測異常情況分析及改進

劉達

（天津國電津能熱電有限公司 天津市 300171）

簡要介紹火電廠脫硝系統氨氣逃逸率的檢測方法及其重要性，并主要探討了在實際管理維護過程中使用氨氣逃逸測量設備可能出現的工程技術問題及相應的解決辦法。

氨氣逃逸率；紅外光譜技術；反射器和接收器偏移

1 引言

氮氧化物（NOx）是主要的大氣污染物之一，火電廠排放的NOx中的絕大部分是NO，其在空氣中可以氧化產生NO2，對人體器官產生強烈的刺激作用，還能產生酸鹽顆粒物，導致光化學煙霧和加速酸雨的惡化。早在20年前許多發(fā)達國家就已經開始對氮氧化物排放進行嚴格控制。[1]

我國的火電廠多以燃煤為主，隨著近些年裝機容量及煤耗的不斷攀升，氮氧化物排放量也呈現出不斷增長的趨勢。我國長期以來對煙氣排放都集中在煙塵和二氧化硫上，近些年來，出現了很多的脫硝技術手段，一種是在燃燒過程中控制NOx的產生。主要有低氮燃燒技術等[1～2]；另一種是煙氣脫硝技術，主要有選擇性催化還原（SCR）、選擇性非催化還原等成熟技術。其中，選擇性催化還原法（SCR）以其技術成熟、脫硝效率高、幾乎無二次污染等優(yōu)點成為目前最成熟可用同時也最適合中國國情的技術。選擇性催化還原法對氮氧化物排放進行控制效率高，價格低廉。但是，如果一次性噴入的氨氣過多，會導致氨氣產生逃逸[3]。逃逸的氨氣當煙氣溫度在300℃左右時，會致使生成氨鹽，該物質粘性大，會在鍋爐尾部煙道下游固體部件表面上沉積，造成嚴重的設備腐蝕，影響鍋爐正常運行。因此我們需要在最低的氨逃逸的水平下去投入脫硝。氨氣逃逸率的檢測具有很重要的意義。

SCR出口的煙氣高溫，高濕，高粉塵及高腐蝕，使氨逃逸測量的難度加大。通常的CEMS檢測手段又多采取直接抽取的方法檢測，工藝上需要取樣并會使高溫煙氣中的水蒸汽冷凝成水，往往還要進行水處理。但由于氨氣極易溶于水，1體積水可以溶解大約700體積的氨氣[4]，這樣一來水處理的過程中就會將氨氣全部溶于水了。所以直接抽取的辦法很難檢測氨氣。目前絕大多數公司都采用基于光學傳感器的分析儀器對氨氣逃逸進行檢測，既可直接獲取氨氣逃逸量，又無需采樣，也大大減少了取樣及傳輸過程中的影響。國外電廠大多采用激光分析原位法測量微量氨，國內新建或在建的SCR裝置大多也選用激光原位法來測量氨逃逸量[5]。為了探討在實際使用過程中所遇到的問題和解決辦法，本文以現場使用的型號為LDS6的氨逃逸測量設備為例來介紹。

2 測量系統及原理

西門子公司生產的LDS6檢測儀就是基于紅外光譜技術的氣體分析儀[6]，常用來對氨氣逃逸量的實時監(jiān)測控制。無需采樣，可直接安裝在人無法接近的工藝過程中，該分析儀是通過使用單分子吸收光譜來測量氣體濃度。測量氣體通過和一個來自內置參比單元的光譜相比較來識別。為了執(zhí)行吸收光譜，LDS6使用一個激光二極管作為光源。這是因為激光的光譜寬度比分子吸收光譜窄很多。另外，可以為激光選擇和待測氣體的一個吸收線很接近的波長。通過改變電流和溫度來調制激光波長以覆蓋所需要的窄光譜范圍，該光譜范圍包括吸收線。當在吸收線上調制激光時，激光會被部分吸收。從接受到的激光信號可以提取吸收線下的區(qū)域，從而測出氣體濃度。

3 氨氣逃逸檢測中的異常情況及應對措施

3.1 溫度對檢測的影響

分析儀的防護等級為IP20，在操作過程中，允許的環(huán)境空氣溫度在5～45℃之間，最大相對濕度是85%，在中心單元附近要求沒有凝液；LDS6后面必須有10cm以上的自由空間來容納信號電纜和復合電纜。為了滿足空氣對流和冷卻的要求，上下還要有5cm和3cm的自由空間。雖然儀表中心單元到傳感器可以支持幾百米的距離范圍，但是為了節(jié)省中間的復合電纜長度，也為了檢修更換方面，一般中心單元都設置在就地，離傳感器CD6很近的位置，一般也就是機組的脫硝系統所在的樓層。電廠的SCR脫硝層往往設置于空預器的上方，有的廠采用三分倉等形式的空預器，三分倉空氣預熱器存在漏風現象，將會使中心單元設備布滿灰塵。如果制冷系統出現問題，環(huán)境溫度過高及靜電也可能使儀表出現黑屏、死機、甚至損壞。我單位曾出現過中心單元內部進塵導致的過熱損壞。為此，我單位專設了一個CEMS小間，放置該設備及氮氧化物測量設備；并配套了冷熱空調，同時也解決了氮氧化物檢測儀表的防凍及過熱問題。

3.2 測量光路異常現象

圖1中c曲線表示的是脫硝系統左側NH3逃逸率，d曲線是脫硝系統右側NH3逃逸率，b曲線和a曲線的分別是脫硝系統右側的調門開度及噴氨量，通過此圖可以看出，有的時候的氨氣逃逸率測量并非按照正常的規(guī)律進行，而且經常停留在滿量程狀態(tài)，甚至調整門關后，氨氣逃逸率仍然很大，這就是光路受阻導致的現象。

圖1 脫硝兩側正常與故障的數值對比

3.3 測量光路異常現象原因及相應解決辦法

由于該分析方法是基于紅外光譜法，所以保持測量光路正常尤為關鍵。當測量過程中出現異常現象，首先可以通過設備本身的功能進行光路診斷，查看當前傳送數值是否非常小，如果很小，證明光路受阻；也可以直接將接收端傳感器拆開，用半透明的紙或專用工具中的接受盤來觀察是否能呈現光源亮點。

如果光路受阻，分析可能會由于以下原因引起：

（1）光學表面污染。在很多的測量環(huán)境中，傳感器的帶有鏡片的楔窗口會被暴露在非常臟的環(huán)境中，如果不采取保護措施，它們很快就會被污染。為此，測量系統配置了一套吹掃裝置，一般使用的是鼓風機。如果出現問題，首先就要檢查儀表的吹掃是否投入正常。如果是鼓風機，當環(huán)境粉塵大的時候，會出現過濾器堵導致鼓風機過載跳閘的現象。如果使用壓縮空氣吹掃是符合廠家的要求的。但是使用壓縮空氣的同時也需要考慮空氣潔凈問題。

（2）反射器和接收器偏移。如果鏡頭和吹掃沒出現問題，而光路仍然異常的話，那最有可能的就是反射器和接收器產生了偏移。可以通過LDS6自帶的校準設備來驗證，需要將發(fā)射端的發(fā)射裝置替換成校準的光源發(fā)生器，然后在接收器端安裝接收盤后觀察。光源應成為一個的圓形出現接收端，如果光點不是正圓形，則很可能光路受到了阻礙，需要調節(jié)焊接法蘭或者移走其他可能阻礙光程的物體。傳感器的探頭本身具有自己的光軸，并且關于這個光軸對稱。通常出現偏差后是可以通過傳感器套管上的一個球面法蘭上的校準螺絲來校準。但是這種方法可調每側處的范圍是±2℃。我廠LDS6的量程為6m，所以得到調節(jié)范圍是0.209×2=0.418m。如果超出該范圍，只能等鍋爐停爐后，環(huán)境溫度允許時，將整個傳感器及套筒切割后重新焊接，操作起來工作量非常大。鍋爐煙道的熱膨脹在設備投入使用及鍋爐啟停階段都會對光路造成干擾，而且很難估算掌握規(guī)律，所以建議采用在外部利用鋼結構支撐的辦法將探頭分別固定在與煙道隔離開的固定端平臺上，能盡可能的消除金屬熱膨脹的影響。通過實踐，有一定效果。圖2中的a、b為校準前后的比對。

（3）傳輸光纖故障。如果光路也未發(fā)生偏移，而折射率仍然為0，則需要檢查光纖設備。LDS6配套的光纖為混合電纜，由2根光纖、1根電源線構成，兩根光纖，一根用于傳輸激光到測量體積中，另外一根則用于返回檢測的信號。電源線則用于為傳感器中的電子器件提供24VDC。光纖采用兩種，分別為E2000光纖法蘭的單模光纖，作為第三光束，將接受的光送給中心單元來測量；另一根為SMA法蘭的多模光纖，作為第二光束，將發(fā)射裝置的光送回中心單元用來比對。光纖的檢查可以通過光電筆等設備進行，被設備配置的光纖抗沖擊力為200N/M、最大抗拉強度為500N，所以在施工中或其他情況下容易受到損壞。如果上述的單模光纖損壞，就會使折射率大大降低甚至為0。同理，如果是另一根光纖損壞，將會出現數據最大的情況。最后，溫度及壓力曲線在設備出廠時應都被測試及設置。溫度和壓力對測量的影響也都可以通過手動設置定值或外接傳感器測量實時變化的方式進行補償。

4 總結與討論

圖5

本文討論了火電廠脫硝系統氨逃逸數據監(jiān)控儀表經常產生的異常情況和應對措施。基于選擇性催化還原法進行脫硝處理，氨氣是必要反應源，脫硝系統進行工作的同時，氨氣逃逸的監(jiān)控是必不可少的。該文采用紅外光譜法對氨逃逸進行監(jiān)控，利用西門子氣體分析儀LDS6對排放氣體進行現場監(jiān)測，可直接監(jiān)測工藝生產中的氣體，不需要使用取樣管路。但是在氨逃逸實際監(jiān)測過程中依然容易出現諸如溫度偏差、光學表面污染、反射器和接收器偏移及傳輸光纖故障等問題。我們根據現場監(jiān)測情況，針對氨氣逃逸監(jiān)測出現的問題，采取了諸多措施，對氨氣逃逸監(jiān)測加以改進。

[1]萬薇，張世秋，鄒文博.中國區(qū)域環(huán)境管理機制探討.北京大學學報（自然科學版），2010，05.

[2]任建興，翟曉敏，傅堅剛.火電廠氮氧化物的生成和控制.上海電力學院學報，2002，09.

[3]H.A.Gamble，G.I.Mackay.電廠后燃NOx排放控制裝置中的在線氨逃逸監(jiān)測，2010.

[4]劉東.中學化學教學參考.1991.

[5]朱衛(wèi)東.火電廠煙氣脫硫脫硝監(jiān)測分析及氨逃逸量檢測.分析儀器，2010，01.

[6]Warren Dean.使用可調諧二極管激光分析儀對氨逃逸量及水汽含量單位原位測量以優(yōu)化電廠SCR/SNCR過程與鍋爐管監(jiān)測.第二屆中國國際脫硫脫硝技術與設備展覽會暨技術研討會論文集.2006，09.

TM621

A

1004-7344（2016）33-0083-02

2016-10-28

劉 達（1984-），男，工程師，本科，主要從事電廠熱控自動化工作。