脫硝系統(tǒng)氨逃逸離線測(cè)量方法

徐成 謝興星(大唐南京環(huán)?？萍加邢挢?zé)任公司， 江蘇 南京 211111)

脫硝系統(tǒng)氨逃逸離線測(cè)量方法

徐成 謝興星(大唐南京環(huán)?？萍加邢挢?zé)任公司， 江蘇 南京 211111)

為減少污染排放、降低空氣預(yù)熱器設(shè)備腐蝕和堵塞風(fēng)險(xiǎn)，脫硝系統(tǒng)對(duì)氨逃逸有嚴(yán)格規(guī)定。通過在線測(cè)試結(jié)果作為相對(duì)變化趨勢(shì)，結(jié)合定期離線測(cè)量結(jié)果可對(duì)實(shí)際的氨逃逸濃度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。本文對(duì)煙氣脫硝系統(tǒng)氨逃逸離線測(cè)量方法，包括靛酚藍(lán)分光光度法、離子選擇電極法、納氏試劑分光光度法、離子色譜法等進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述。

脫硝; 氨逃逸; 離線; 檢測(cè)

0 引言

國(guó)內(nèi)通常選用選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)脫硝工藝控制燃煤電廠NOX的排放[1]。脫硝系統(tǒng)內(nèi)大部分還原劑氨會(huì)與煙氣中NOX進(jìn)行還原反應(yīng)，也有一部分氧化成NOX，而一部分氨不發(fā)生還原反應(yīng)或氧化反應(yīng)而逃逸出去，產(chǎn)生了氨的逃逸[2]。在工況變動(dòng)時(shí)，氣流分層、氨或NOX的分布不當(dāng)或SCR催化劑長(zhǎng)時(shí)間使用催化效率降低都會(huì)導(dǎo)致氨逃逸上升。逃逸的氨到達(dá)煙道尾部，可能會(huì)造成以下幾種問題[3]：①排放到大氣環(huán)境中的氨會(huì)造成環(huán)境的二次污染。②注入過量氨時(shí)，會(huì)造成SCR催化劑的腐蝕，縮短催化劑壽命。③逃逸的氨會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，生成的NH4HSO4造成下游設(shè)備空氣預(yù)熱器壓損增加，甚至阻塞管道。④氨富集在飛灰中，影響飛灰品質(zhì)。脫硝系統(tǒng)中，氨的注入量既要保證提供足夠的還原劑，又要避免氨的逃逸過大，影響運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。因此，控制好氨的注入量和氨逃逸具有重要意義。DL/T260—2012《燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范中》明確規(guī)定氨逃逸濃度為一項(xiàng)重要的性能考核指標(biāo)，必須對(duì)氨逃逸濃度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)和控制[4]。目前，我國(guó)已建、在建和科研設(shè)計(jì)中的氨逃逸濃度一般要求不超過3ppm。

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提升以及氣體檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，很多領(lǐng)域?qū)怏w測(cè)量?jī)x器的要求越來越高，特別是在痕量氣體檢測(cè)方面，需要更高的測(cè)量精度。脫硝系統(tǒng)氨逃逸量進(jìn)行準(zhǔn)確、靈敏、快速檢測(cè)十分重要。不僅能減少污染排放、降低空氣預(yù)熱器設(shè)備腐蝕和堵塞風(fēng)險(xiǎn)、減少脫硝還原劑用量等，而且能指導(dǎo)運(yùn)行人員優(yōu)化調(diào)整噴氨濃度場(chǎng)，對(duì)降低SCR裝置出口氨逃逸分布的不均勻性和絕對(duì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，國(guó)內(nèi)外用于煙氣脫硝系統(tǒng)氨逃逸檢測(cè)的方法主要可以分離線測(cè)量和在線分析法。離線測(cè)量主要為化學(xué)分析法、電化學(xué)分析法和離子色譜分析法等[5]。在線分析法大致又可分為3類：抽取法、激光法和稀釋法。由于受粉塵、振動(dòng)等現(xiàn)場(chǎng)條件的制約，在線氨逃逸偏差較大，測(cè)試結(jié)果僅能作為相對(duì)變化趨勢(shì)的參考，而實(shí)際的氨逃逸濃度往往仍依賴于定期進(jìn)行手工離線測(cè)量[6]。

1 氨逃逸離線測(cè)量方法

1.1 靛酚藍(lán)分光光度法[7-9]

圖1 煙氣中氨逃逸采集裝置

靛酚藍(lán)分光光度法的分析原理：煙氣中的氨被稀硫酸吸收液吸收生成硫酸銨，采集裝置如圖1所示。在亞硝基鐵氰化鈉及次氯酸鈉的存在下，與水楊酸生成藍(lán)綠色靛酚藍(lán)染料，根據(jù)著色深淺，比色定量。本方法檢出限為0．01-2mg/m3。靛酚藍(lán)分光光度法為DL/T260—2012《燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范中》附錄B(資料性附錄)中給出的煙氣中氨逃逸濃度的測(cè)定方法，而且靛酚藍(lán)分光光度法也是測(cè)量空氣中NH3的仲裁方法。靛酚藍(lán)分光光度法對(duì)采樣溫度、測(cè)試時(shí)間等特性的要求較高，但具有操作便捷、精度高等優(yōu)點(diǎn)，適合于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室分析。1.2 納氏試劑分光光度法[10]

納氏分光光度法的分析原理：煙氣中的氨被稀硫酸吸收液吸收后，與納氏試劑作用生成黃色化合物，根據(jù)顏色深淺，比色定量。本方法檢出限為0．4～4mg/m3。納氏分光光度法具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)試快速等優(yōu)點(diǎn)。但是，在納氏試劑中含有易揮發(fā)、對(duì)人體有害的碘化汞，需配備廢液處理能力。另外，在煙氣中氨逃逸濃度的測(cè)定過程中，在水溶液中NH3與NH4+可相互轉(zhuǎn)化，顯色條件苛刻，受溶液pH的影響誤差較大。因此不常用納氏試劑分光光度法測(cè)定脫硝系統(tǒng)中氨逃逸濃度。

1.3 離子選擇電極法[9，11]

離子選擇電極法工作原理：氨氣敏電極為一種復(fù)合電極，以pH玻璃電極為指示電極，以銀-氯化銀電極為參比電極，此電極被置于盛有0．1mol/L氯化銨內(nèi)充液的塑料套管中，管底用一張微孔疏水薄膜與試液隔開，并使透氣膜與pH玻璃電極間有一層很薄的液膜。當(dāng)測(cè)定由稀硫酸吸收液所吸收的煙氣中的氨時(shí)，借加入強(qiáng)堿離子調(diào)節(jié)劑，使銨鹽轉(zhuǎn)化為氨，由擴(kuò)散作用通過透氣膜(水和其他離子均不能通過透氣膜)，使氯化銨電解液膜層內(nèi)NH4+=NH3+H+的反應(yīng)向左移動(dòng)，引起氫離子濃度改變，由pH玻璃電極測(cè)得其變化。在恒定的離子強(qiáng)度下，測(cè)得的電極電位與氨濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。因此，可從測(cè)得的電位值計(jì)算吸收液中氨的含量，從而折算出煙氣中氨逃逸濃度。本方法檢出限為0．01-17000ppm。離子選擇電極法具有測(cè)量快速、準(zhǔn)確、操作容易及所需試劑少等優(yōu)點(diǎn)。隨著電極的更新?lián)Q代，測(cè)量精度逐步提高。

1.4 離子色譜法[12]

離子色譜法的原理是煙氣中的氨被稀硫酸吸收液吸收后生成的硫酸銨溶液，溶液中的NH4+用離子色譜法定量分析。溶液采用陽(yáng)離子分析柱進(jìn)行分離，采樣抑制型電導(dǎo)檢測(cè)離子色譜法檢測(cè)，以NH4+的保留時(shí)間定量，根據(jù)峰面積或峰高定量出氨的含量。本方法檢出下限為0．04ppm。離子色譜法測(cè)定氨具有快速簡(jiǎn)單、靈敏度高、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但是離子色譜儀比較昂貴，不便于攜帶。因此，此方法不便于脫硝系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，而高校、電力科學(xué)研究院等科研機(jī)構(gòu)和專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室精確檢測(cè)中有較好應(yīng)用前景。

1.5 其他分析方法[13-14]

通過分析燃煤鍋爐飛灰中的氨含量來也可以用來折算脫硝系統(tǒng)的氨逃逸濃度。分析過程為：

(1)通過采集電除塵器第一電場(chǎng)灰斗內(nèi)的飛灰，得到待測(cè)樣品。

(2)將待測(cè)樣品溶于某溶液，得到待測(cè)樣品溶液。

(3)通過離子色譜法或離子選擇電極法測(cè)定溶液中的氨濃度，從而折算得出脫硝系統(tǒng)的氨逃逸濃度。本方法簡(jiǎn)單實(shí)用，灰樣氨含量測(cè)試方法操作簡(jiǎn)單，對(duì)分析人員與設(shè)備沒有特殊限制。然而該方法的難點(diǎn)在于如何保證收集到的飛灰樣品具有代表性，以及如何確定鍋爐燃煤煤質(zhì)、飛灰性質(zhì)、煙溫等影響因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，因此還需進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。

2 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)外用于煙氣脫硝系統(tǒng)氨逃逸離線測(cè)量方法主要包括靛酚藍(lán)分光光度法、納氏試劑分光光度法、離子選擇電極法和離子色譜法等。其中，靛酚藍(lán)分光光度法和離子選擇電極法具有快速測(cè)量、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，適用于電廠現(xiàn)場(chǎng)分析。而離子色譜法測(cè)定氨具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于檢測(cè)和科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確測(cè)量。

[1]環(huán)境保護(hù)部,國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].2015.

[2]西安熱工研究院.火電廠SCR煙氣脫硝技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2013.

[3]朱衛(wèi)東.火電廠煙氣脫硫脫硝監(jiān)測(cè)分析及氨逃逸量檢測(cè)[J].分析儀器，2010,1:88-94.

[4]DL/T260—2012燃煤電廠煙氣脫硝裝置性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)范[S].

[5]康璽,吳華成,路璐，等.脫硝氨逃逸濃度監(jiān)測(cè)技術(shù)分析[J].華北電力技術(shù)，2015,1:54-57.

[6]宋博,李合起,寧旭.火電廠NOX減排與氨逃逸檢測(cè)技術(shù)淺析[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2015,3:57-62.

[7]GB/T18204.25—2000公共場(chǎng)所空氣中氨測(cè)定方法[S].

[8]謝林靈，姚建陽(yáng).靛酚藍(lán)分光光度法測(cè)定室內(nèi)空氣中氨含量的應(yīng)用研究[J].工程質(zhì)量，2008，8(A):52－54.

[9]潘棟,牛國(guó)平,丁嘉毅.火電廠SCR脫硝裝置氨逃逸測(cè)試方法對(duì)比研究[J].中國(guó)電力，2014,47(9):149-152.

[10]GBZ/T160．29—2004，氨的納氏試劑分光光度法[S]．

[11]GB/T 14669—1993，空氣質(zhì)量氨的測(cè)定離子選擇電極法[S]．

[12]YC/T 377—2010，卷煙主流煙氣中氨的測(cè)定離子色譜法[S]．

[13]應(yīng)波，李淑敏，岳銀玲.離子色譜法測(cè)定空氣中的氨[J].中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2006，16(1):64-65．

[14]曹志勇，金東春，吳芳芳，等.一種煙氣脫硝系統(tǒng)氨逃逸的檢測(cè)方法:中國(guó)，201310085119．9[P]，2013-07-17．

The Off-line Analysis Methods on Ammonia Slip Detection in De-nitration of Power Plant

Xu Cheng, Xie Xing-xing,(Datang Nanjing Environmental Protection Technology Co., Ltd., Nanjing 211111, China)

In order to reduce the emission of pollutants, control the corrosion and the blocking on the cold section of the air preheater caused by NH4HSO4 in the fue gas, the specifcations on ammonia slip are quite strict for the de-nitration equipments.The accurate measurement of ammonia slip was relied by on-line measurement results as a relative change trend and the offline measurement results on a regular basis for the actual concentration.The off-line analysis methods includes indophenol bluespectrophotometry method, ion selective electrode method，Nessler’s reagent spectrophotometric method, and ion chromatographymethod were discussed．

de-nitration; ammonia slip; off-line analysis; measurement

徐成，男，本科，研究方向?yàn)槊撓醮呋瘎z測(cè)。