淺述SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸檢測儀選型及應(yīng)用

楊濤

摘 要：介紹氨逃逸檢測的重要性，脫硝系統(tǒng)氨逃逸監(jiān)測儀的分類及原理，同時以現(xiàn)場改造事例進(jìn)一步說明了高溫抽取式監(jiān)測方式的適用性。

關(guān)鍵詞：氨逃逸；選型；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.029

隨著環(huán)保要求的不斷推進(jìn)，國家對于燃煤電廠脫硫脫硝要求監(jiān)管更加嚴(yán)格。長期以來在SCR運(yùn)行期間，運(yùn)行人員按照規(guī)程對氨逃逸進(jìn)行監(jiān)視調(diào)整，但是受限于SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸檢測儀表測量準(zhǔn)確度不夠，以及和反應(yīng)器入口噴氨電動門開度關(guān)系不線性，再者數(shù)值或者就一直為直線等等原因，機(jī)組的氨逃逸監(jiān)測系統(tǒng)無法正常投運(yùn)，因此為了更好的控制氨逃逸，對氨逃逸檢測系統(tǒng)的測量準(zhǔn)確度提出了更迫切的要求。

1 如何看待氨逃逸檢測重要性

1.1 保證設(shè)備安全長周期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

氨逃逸過量將腐蝕催化劑模塊，造成催化劑失活（即失效）和堵塞，大大縮短催化劑壽命；逃逸的氨氣，會與煙氣中的SO3生成硫酸氨鹽（具有腐蝕性和粘結(jié)性）并在脫硝裝置反應(yīng)器下游的設(shè)備及管路上附著，造成淤積不暢、腐蝕及壓力降低等危害。還同時會腐蝕放置催化劑的支撐體。通過查閱有關(guān)研究資料：當(dāng)氨逃逸量為2ppm左右時，空氣預(yù)熱器經(jīng)過半年運(yùn)行后其運(yùn)行阻力會上升30%左右；當(dāng)氨逃逸量升至3ppm左右時，空氣預(yù)熱器經(jīng)過半年運(yùn)行后其運(yùn)行阻力會上升50%左右，在實(shí)際運(yùn)行過程中，脫硝系統(tǒng)被噴入的氨一般均高于理論值，雖然脫硝效率隨著氨逃逸量的增加而提高但也會造成原料的浪費(fèi)。這樣既降低相關(guān)設(shè)備使用壽命同時增加了運(yùn)維成本。

1.2 適應(yīng)更加嚴(yán)苛的環(huán)保要求

就目前來講，對使用SCR脫硝系統(tǒng)的發(fā)電企業(yè)而言，通過最小的氨逃逸保證NOx的達(dá)標(biāo)排放是一個十分重要的任務(wù)。大多數(shù)燃煤火電企業(yè)在脫硝系統(tǒng)低效率運(yùn)行時，氨逃逸率近乎為零，但此時任然存在著一定的氨逃逸；尤其是伴隨催化劑的活性下降以及尾部煙道中NOx濃度分布不一等問題的存在，都會使得氨逃逸量的逐漸增加；伴隨著環(huán)保對NOx排放標(biāo)準(zhǔn)的越來越嚴(yán)格，要求脫硝效率不斷提升也無法避免造成氨逃逸量的增大，以此氨逃逸檢測的準(zhǔn)確性顯得尤其重要。

2 氨逃逸檢測儀表的選型

目前常用的氨逃逸檢測大多采用以下方法 。

2.1 直接安裝式檢測（可調(diào)諧二極管激光光譜法檢測儀）

此類方式的測量原理是激光二極管發(fā)射特定的單色光，可以避開不同氣體吸收光譜的交叉干擾。激光二極管的溫度隨著自身工作電流的增加或環(huán)境溫度的變化而發(fā)生變化，使其波長輸出發(fā)生變化。通過激光二極管溫度控制器的掃描，可以得到與氣體吸收光譜一致的激光光譜。通過測量數(shù)據(jù)的處理，可以計算出被測氣體的濃度。

圖1

存在的問題：測量儀器直接安裝在就地并插入煙道實(shí)施檢測，由于其光反射部件處于300℃到400℃的高溫?zé)焿m環(huán)境下，其檢測探頭端部的反射部件需要4到6個月就要更換，且更換部件費(fèi)用相對較高，同時由于部分配件由于需要從原廠采購，維修保養(yǎng)周期相對較長成本相對較高。另外在煙氣中的二氧化硫和水蒸氣含量也直接影響測量裝置的準(zhǔn)確性，使得部分時段測量數(shù)據(jù)存在誤差。鍋爐煙道的直徑一般為7-9米，煙氣中含有大量的灰塵，通常在22g/m3左右，灰塵對近紅外激光產(chǎn)生發(fā)射、漫射和吸收效應(yīng)，發(fā)出的激光到達(dá)接收部件時，光的強(qiáng)度幾乎衰減殆盡，以此檢測不到氨逃逸準(zhǔn)確數(shù)值。由于安裝位置發(fā)生偏移時，維護(hù)人員不具備拆卸校準(zhǔn)能力，使得數(shù)據(jù)跳變或者無讀數(shù)，同時無法進(jìn)行校準(zhǔn)。

2.2 高溫抽取式監(jiān)測（煙道氣體抽取法）

圖2

高溫抽取式激光光譜氨逃逸分析儀采用的是檢測發(fā)射激光所穿過標(biāo)準(zhǔn)氣室中一條直線上的濃度平均值，標(biāo)準(zhǔn)氣室中的檢測樣氣是通過加熱（一般為250℃）預(yù)處理后，經(jīng)過高溫取樣泵抽取到標(biāo)準(zhǔn)氣室里，通過這樣的形式是的樣氣中的氨濃度更貼近脫硝系統(tǒng)煙道中氨氣體的真實(shí)濃度。激光光盤氨逃逸分析儀采用的光發(fā)射端和光接收端安裝在標(biāo)準(zhǔn)氣室的兩邊。通過光發(fā)射端發(fā)出的激光束穿過標(biāo)準(zhǔn)氣室被另一邊的光接收端接收，在接收端通過對檢測到的光信號進(jìn)行分析，然后通過光電轉(zhuǎn)換器，將分析結(jié)果通過電纜傳輸至發(fā)送端的PDA，從而得出所測氣體的濃度轉(zhuǎn)換為4至20mA電流信號送至PLC，最終到達(dá)DCS進(jìn)行監(jiān)視。

高溫抽取式激光光譜氨逃逸分析儀的檢測裝置安裝環(huán)境好，同時檢測脫硝煙道出口的氨逃逸值與NOx成反比例關(guān)系，與機(jī)組脫硝效率和噴氨量成正比，測量的延時極小。同時采取了樣氣抽取后的全程伴熱，使得待測量的煙氣在進(jìn)入高溫標(biāo)準(zhǔn)測量氣室之前品質(zhì)不發(fā)生變化，進(jìn)一步的確保了檢測儀表的準(zhǔn)確性，因此可作為控制噴氨量的調(diào)整參考。

測量儀表選型建議相比較以上兩種方式，在前期燃煤火電企業(yè)大多采用的是煙道直接安裝式檢測，但高溫抽取式監(jiān)測也在電力行業(yè)和其他涉及氣體檢測的行業(yè)領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用。采用后者的關(guān)鍵就是相關(guān)的樣氣通過預(yù)處理保證了樣氣品質(zhì)穩(wěn)定，由于取樣位置可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際采取多種形式更具有代表性。對于維護(hù)人員而言，當(dāng)需要進(jìn)行標(biāo)定或者驗(yàn)證時可以非常方便的通入標(biāo)準(zhǔn)氣體。由于直接安裝式測量產(chǎn)品多為進(jìn)口，配件及維護(hù)成本仍然較高。因此采用高溫抽取式監(jiān)測儀表更適合現(xiàn)場有關(guān)要求。

3 氨逃逸設(shè)備應(yīng)用

以某廠#3爐脫硝氨逃逸監(jiān)測設(shè)備為例。

基建安裝時期采用的是煙道直接安裝式檢測，在煙道上以對角方式安裝，隨著運(yùn)行時間的推移，受到煙道壁震動、摻燒劣質(zhì)煤等因素影響，檢測數(shù)據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)跳表、偏底等測量不穩(wěn)定的情況，不能滿足正常生產(chǎn)需要。2016年超低排放改造期間在#3爐B側(cè)安裝了一臺高溫抽取式激光光譜氨逃逸在線監(jiān)測儀，在機(jī)組啟動后對比B兩種氨逃逸監(jiān)測儀測量的氨逃逸值，直接安裝式監(jiān)測到的氨逃逸數(shù)值有跳變現(xiàn)象，測量存在不穩(wěn)定現(xiàn)象；高溫抽取式氨逃逸在線監(jiān)測設(shè)備測的氨逃逸值較為穩(wěn)定，數(shù)據(jù)無跳變，能符合現(xiàn)場要求。同時經(jīng)過三個多月的使用，相較于煙道直接安裝式測量準(zhǔn)確性沒辦法進(jìn)行效驗(yàn)，改造后可隨時通入標(biāo)氣進(jìn)行效驗(yàn)。之前由于煙塵過大影響脫光率，經(jīng)過改造后樣氣通過預(yù)處理裝置使得準(zhǔn)確性大大提高。之前發(fā)送與接收裝置經(jīng)常出現(xiàn)偏移無法對齊時需要進(jìn)行調(diào)整維護(hù)，且現(xiàn)場位置不易調(diào)整，工作量大，改造后現(xiàn)場除了定期對有關(guān)濾芯及透光率進(jìn)行檢查更換外，沒有進(jìn)行其他維護(hù)工作，大大降低了運(yùn)行及維護(hù)成本。

由此可見通過改造高溫抽取式更適用于燃煤發(fā)電企業(yè)的脫硝氨逃逸監(jiān)測，其測量更加準(zhǔn)確，維護(hù)量大大減少，完全可以滿足現(xiàn)場運(yùn)行監(jiān)測要求。

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