便攜式氨表在氨法脫硫氨逃逸監(jiān)測中的應(yīng)用

宜清正，湯光華，孟慶博，丁廣華，楊 劍， 苗 豐，孔紅兵

(1.江蘇國信靖江發(fā)電有限公司，江蘇 靖江 214500；2.南京國電環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 南京 210061)

便攜式氨表在氨法脫硫氨逃逸監(jiān)測中的應(yīng)用

宜清正1，湯光華2，孟慶博1，丁廣華2，楊 劍2， 苗 豐2，孔紅兵2

(1.江蘇國信靖江發(fā)電有限公司，江蘇 靖江 214500；2.南京國電環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 南京 210061)

氨法脫硫是目前控制SO2排放中應(yīng)用較廣泛的煙氣脫硫技術(shù)之一。為提高脫硫效率和經(jīng)濟(jì)效益、防止設(shè)備腐蝕、減少環(huán)境污染，必須準(zhǔn)確檢測脫硫氨逃逸，減少氨逃逸和硫酸銨的損失。分析了氨逃逸檢測對煙氣脫硫的重要性，以基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)的便攜式氨表為例，對比手工法，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場測試。結(jié)果表明，便攜式氨表在高濕、低溫的脫硫工況下運(yùn)行穩(wěn)。

便攜式氨表；氨法脫硫；高濕低溫

0 引言

隨著我國火電行業(yè)的不斷發(fā)展，能源消耗也快速增長，生產(chǎn)過程中煤炭燃燒生成的SO2對環(huán)境造成的污染問題也日益嚴(yán)重。煙氣氨法脫硫作為煤炭燃燒后的脫硫方式，已成為目前控制SO2排放中應(yīng)用比較有效的脫硫技術(shù)之一，也是比較經(jīng)濟(jì)的SO2控制方法[1]。氨法脫硫具有反應(yīng)速率快、吸收劑利用率高、脫硫效率高、原料來源豐富、副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值高且運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際氨法脫硫應(yīng)用過程中，由于高濕、低溫的惡劣工況，給氨逃逸的準(zhǔn)確檢測帶來困難，煙氣脫硫效果較差。從某熱電廠脫硫系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行情況來看，出口煙氣的含濕量較大，其中硫酸銨濃度高達(dá)280mg/m3，遠(yuǎn)超國家標(biāo)準(zhǔn)要求。脫硫塔附近建筑物發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，形成安全隱患，同時(shí)影響了周圍區(qū)域的生活環(huán)境，此外硫酸銨和氨的大量逃逸，降低了硫

酸銨產(chǎn)量，影響脫硫效果及經(jīng)濟(jì)效益[2-6]。因此準(zhǔn)確檢測氨逃逸，減少氨逃逸和硫酸銨的損失是氨法脫硫工藝實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的關(guān)鍵。

本文分析了火電廠煙氣脫硫監(jiān)測及氨逃逸檢測的重要性，以南環(huán)公司研制生產(chǎn)的LDAS-3000便攜式氨表為例，介紹了相關(guān)技術(shù)在煙氣氨法脫硫上的應(yīng)用，并對比手工法進(jìn)行現(xiàn)場比對測量。

1 氨法脫硫

氨法脫硫工藝是利用氨水吸收SO2最終生成副產(chǎn)物(NH4)2SO4的過程，反應(yīng)中，(NH4)2SO3對SO2的吸收起主要作用，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，(NH4)2SO3濃度逐漸下降，NH4HSO3濃度逐漸上升，溶液的吸收能力降低，為了保持脫硫循環(huán)溶液的吸收能力，需向混合液中定期補(bǔ)充氨氣進(jìn)行中和，使吸收液中的NH4HSO3轉(zhuǎn)變?yōu)?NH4)2SO3，為了避免生成的(NH4)2SO3重新分解成SO2，(NH4)2SO3被風(fēng)機(jī)鼓入的空氣強(qiáng)制氧化，最終生成副產(chǎn)物硫酸銨(NH4)2SO4[4-6]。

氨法脫硫?qū)嵸|(zhì)上是氣液之間相互傳質(zhì)傳熱并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，主要反應(yīng)原理如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2 便攜式氨表的工作原理及特點(diǎn)

手工化學(xué)法原理是將氨吸收到稀硫酸中，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[7]。此法在檢測氨逃逸時(shí)，由于脫硫工況高濕、低溫，容易造成氨結(jié)晶和氣溶液的形成，使得化學(xué)法檢測中存在取樣損失、轉(zhuǎn)換效率低等問題，對氨值的測量影響較為明顯[8-10]；此外，手工化學(xué)法在取樣后需要到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行離線分析，分析的周期較長，無法滿足火電廠快速、準(zhǔn)確測量氨逃逸的需求，這給火電廠脫硫氨逃逸監(jiān)測和優(yōu)化調(diào)整帶來了一定的難度[11]。

南環(huán)公司研制生產(chǎn)的LDAS-3000便攜式氨表基于TDLAS技術(shù)，采用近紅外波段可調(diào)諧激光二極管，結(jié)合波長調(diào)制技術(shù)，提取與氣體濃度相關(guān)的諧波信號，實(shí)現(xiàn)對NH3濃度的快速、準(zhǔn)確測量，同時(shí)采用了全程高溫伴熱的直接抽取法保證了煙氣取樣的真實(shí)性，防止氨的吸附和NH4HSO4的結(jié)晶，能夠滿足煙氣脫硫低溫、高濕惡劣工況條件下氨濃度的快速、準(zhǔn)確測量。便攜式氨表采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)分為前級預(yù)處理單元、主分析單元和后級處理單元。前級預(yù)處理單元包括兩級過濾芯、加熱探桿、加熱管線和高溫精過濾芯模塊。主分析單元包括控制單元、顯示單元和分析單元。后級處理單元包括除水單元、流量計(jì)和取樣泵。

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

3 實(shí)驗(yàn)室性能測試

3.1 系統(tǒng)零點(diǎn)漂移

對便攜式氨表通入高純氮?dú)?，檢測系統(tǒng)零點(diǎn)漂移，連續(xù)9天測試結(jié)果顯示其最大偏差0.2μL/L，零點(diǎn)漂移為2.0%。

3.2 系統(tǒng)量程漂移

對便攜式氨表通入氨氣(標(biāo)氣值為20μL/L)，檢測系統(tǒng)量程漂移，共進(jìn)行20次測試，測量結(jié)果最大偏差為0.3μL/L，量程漂移為1.5%。

3.3 響應(yīng)時(shí)間

對便攜式氨表通入氮?dú)?，直至測量值降到零點(diǎn)狀態(tài)，此時(shí)通入氨氣，記錄測量值達(dá)到18μL/L (滿量程的90%)的時(shí)間，共進(jìn)行20次測試，響應(yīng)時(shí)間最長約為70s。

3.4 系統(tǒng)準(zhǔn)確度

為了驗(yàn)證設(shè)備的測量準(zhǔn)確度，使用質(zhì)量流量計(jì)，將氨氣與氮?dú)饣旌?，獲得7.98、10.1和10.3μL/L的氨氣濃度，進(jìn)行系統(tǒng)準(zhǔn)確度測試，其測量結(jié)果分別為7.9、9.9、和10.6μL/L，準(zhǔn)確度較好。

3.5 系統(tǒng)線性

對氨氣(20、10μL/L)和氮?dú)鈨煞N氣體用質(zhì)量流量計(jì)按10%的比例遞增進(jìn)行氣體分割，進(jìn)行系統(tǒng)線性性能測試，結(jié)果見圖2。20μL/L量程內(nèi)的氨濃度值測量結(jié)果最大誤差為1.0%，10μL/L量程內(nèi)的氨濃度值最大誤差為2.0%。兩種量程內(nèi)的氨氣線性非常好，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.998。

圖2 便攜式氨表線性測試

4 現(xiàn)場測試

測試地點(diǎn)選在南京某熱電廠3號爐脫硫塔出口38m高煙囪處，進(jìn)行氨逃逸檢測，并與手工法對比。LDAS-3000便攜式氨表采用加熱探桿、加熱管線、高溫精過濾芯模塊、加熱管線組成的前級預(yù)處理單元；手工法采用M&C取樣探桿，兩者在同一探測點(diǎn)同時(shí)取樣。便攜式氨表的取樣探桿溫度為280℃，加熱管線和高溫精過濾芯模塊溫度為300℃，取樣泵流量為4L/min。測量前用高純氮?dú)?N2)和標(biāo)氣(10μL/L NH3)對便攜式氨表進(jìn)行零點(diǎn)和量程檢查，數(shù)據(jù)見表1。

取樣過程中，等便攜式氨表抽取到的煙氣穩(wěn)定后，每2min記錄一次數(shù)據(jù)，每20min取平均值，最后抽空氣吹掃氣路，防止氣路中殘余的氨結(jié)晶吸附影響下次使用。手工法共取6個(gè)樣，測量數(shù)據(jù)如表2和圖3所示。

表1 測量前零點(diǎn)和量程檢查結(jié)果

檢查項(xiàng)目NH3/μL·L-1H2O/%光強(qiáng)零點(diǎn)(0μL/L)0.150.90.952量程(10μL/L)9.890.80.952

表2 脫硫氨逃逸測試數(shù)據(jù)

項(xiàng) 目手工法NH3/μL·L-1LDAS-3000NH3/μL·L-1H2O/%光強(qiáng)A0-0.121.100.952A131.1120.715.70.952A231.7135.915.90.952A332.9138.416.00.954A440.9151.115.60.954A538.9148.615.30.954A642.5156.515.40.954A7-0.081.200.945

圖3 現(xiàn)場測試曲線

測試結(jié)果表明，便攜式氨表與手工法測試兩者趨勢基本一致，同一時(shí)段便攜式比手工法測量結(jié)果大?？紤]到前置預(yù)處理部分手工法溫度較低，易造成氨結(jié)晶，導(dǎo)致取樣損失情況發(fā)生，同時(shí)手工法原理本身存在的轉(zhuǎn)換效率等影響，可以認(rèn)為這個(gè)差異是合理的。整個(gè)氨法脫硫測量中，便攜式氨表水分在14%附近，光強(qiáng)沒有明顯下降，綜上說明便攜式氨表在高濕、低溫的脫硫工況下能夠正常穩(wěn)定工作，且較手工法測量結(jié)果更為合適。

5 結(jié)語

便攜式氨表與手工法現(xiàn)場的比對測試，說明便攜式氨表儀具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，響應(yīng)時(shí)間快，線性度好，測量準(zhǔn)確度高，完全可以滿足高濕、低溫的脫硫工況下對氨逃逸的檢測需求。

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Application of portable ammonia analyzer in monitoring ammonia escape from flue gas after ammonia desulfuration

Ammonia desulphurization is currently one of the mainstream technologies in the world in order to control the emissions of SO2. We need to accurately detect the desulfurizing ammonia escape, decrease the loss of ammonia escape and ammonium sulfate, reduce the loss in order to improve the desulfurization efficiency and economic benefit. Ammonia escape detection is very important in ammonia flue gas desulfurization system. Taking the tunable diode laser absorption spectroscopy(TDLAS) portable ammonia escape analyzer as an example, the laboratory and field test has been carried on compared with the manual method. The results show that the portable ammonia escape analyzer maintain stable operation under the desulfurization condition of high humidity and low temperature.

portable ammonia escape analyzer; ammonia desulphurization; low temperature and humidity

國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)(2014YQ060537)；江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金項(xiàng)目(BA2016064)

X701.3

B

1674-8069(2017)03-037-03

2016-12-09；

2017-01-12

宜清正(1982-)，男，江蘇揚(yáng)州人，工程師，主要從事超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組熱控專業(yè)管理、大型燃煤發(fā)電機(jī)組環(huán)保設(shè)施管理工作。E-mail：yizhengjim@163.com