劉達

火電廠脫硝系統(tǒng)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(tǒng)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(shè)備可能出現(xiàn)的工程技術(shù)問題及相應(yīng)的解決辦法。

氨氣逃逸率；紅外光譜技術(shù)；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(chǎn)生NO2，對人體器官產(chǎn)生強烈的刺激作用，還能產(chǎn)生酸鹽顆粒物，導(dǎo)致光化學(xué)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(jīng)開始對氮氧化物排放進行嚴(yán)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(xiàn)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(xiàn)了很多的脫硝技術(shù)手段，一種是在燃燒過程中控制NOx的產(chǎn)生。主要有低氮燃燒技術(shù)等[1～2]；另一種是煙氣脫硝技術(shù)，主要有選擇性催化還原（SCR）、選擇性非催化還原等成熟技術(shù)。其中，選擇性催化還原法（SCR）以其技術(shù)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(shù)。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(dǎo)致氨氣產(chǎn)生逃逸[3]。逃逸的氨氣當(dāng)煙氣溫度在300℃左右時，會致使生成氨鹽，該物質(zhì)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(yán)重的設(shè)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?zé)煔庵械乃羝淠伤?，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(shù)公司都采用基于光學(xué)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(nèi)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(xiàn)場使用的型號為LDS6的氨逃逸測量設(shè)備為例來介紹。

2 測量系統(tǒng)及原理

西門子公司生產(chǎn)的LDS6檢測儀就是基于紅外光譜技術(shù)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(nèi)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(diào)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(dāng)在吸收線上調(diào)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(yīng)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(fù)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(fù)合電纜長度，也為了檢修更換方面，一般中心單元都設(shè)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(tǒng)所在的樓層。電廠的SCR脫硝層往往設(shè)置于空預(yù)器的上方，有的廠采用三分倉等形式的空預(yù)器，三分倉空氣預(yù)熱器存在漏風(fēng)現(xiàn)象，將會使中心單元設(shè)備布滿灰塵。如果制冷系統(tǒng)出現(xiàn)問題，環(huán)境溫度過高及靜電也可能使儀表出現(xiàn)黑屏、死機、甚至損壞。我單位曾出現(xiàn)過中心單元內(nèi)部進塵導(dǎo)致的過熱損壞。為此，我單位專設(shè)了一個CEMS小間，放置該設(shè)備及氮氧化物測量設(shè)備；并配套了冷熱空調(diào)，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(xiàn)象

圖1中c曲線表示的是脫硝系統(tǒng)左側(cè)NH3逃逸率，d曲線是脫硝系統(tǒng)右側(cè)NH3逃逸率，b曲線和a曲線的分別是脫硝系統(tǒng)右側(cè)的調(diào)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(jīng)常停留在滿量程狀態(tài)，甚至調(diào)整門關(guān)后，氨氣逃逸率仍然很大，這就是光路受阻導(dǎo)致的現(xiàn)象。

圖1 脫硝兩側(cè)正常與故障的數(shù)值對比

3.3 測量光路異?，F(xiàn)象原因及相應(yīng)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(guān)鍵。當(dāng)測量過程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，首先可以通過設(shè)備本身的功能進行光路診斷，查看當(dāng)前傳送數(shù)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?qū)Ｓ霉ぞ咧械慕邮鼙P來觀察是否能呈現(xiàn)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(xué)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(tǒng)配置了一套吹掃裝置，一般使用的是鼓風(fēng)機。如果出現(xiàn)問題，首先就要檢查儀表的吹掃是否投入正常。如果是鼓風(fēng)機，當(dāng)環(huán)境粉塵大的時候，會出現(xiàn)過濾器堵導(dǎo)致鼓風(fēng)機過載跳閘的現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)生了偏移。可以通過LDS6自帶的校準(zhǔn)設(shè)備來驗證，需要將發(fā)射端的發(fā)射裝置替換成校準(zhǔn)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(yīng)成為一個的圓形出現(xiàn)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(diào)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(guān)于這個光軸對稱。通常出現(xiàn)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(zhǔn)螺絲來校準(zhǔn)。但是這種方法可調(diào)每側(cè)處的范圍是±2℃。我廠LDS6的量程為6m，所以得到調(diào)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(shè)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(jié)構(gòu)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(zhǔn)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(shè)備。LDS6配套的光纖為混合電纜，由2根光纖、1根電源線構(gòu)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(shè)備進行，被設(shè)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(xiàn)數(shù)據(jù)最大的情況。最后，溫度及壓力曲線在設(shè)備出廠時應(yīng)都被測試及設(shè)置。溫度和壓力對測量的影響也都可以通過手動設(shè)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(jié)與討論

圖5

本文討論了火電廠脫硝系統(tǒng)氨逃逸數(shù)據(jù)監(jiān)控儀表經(jīng)常產(chǎn)生的異常情況和應(yīng)對措施?；谶x擇性催化還原法進行脫硝處理，氨氣是必要反應(yīng)源，脫硝系統(tǒng)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(xiàn)場監(jiān)測，可直接監(jiān)測工藝生產(chǎn)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(xiàn)諸如溫度偏差、光學(xué)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(jù)現(xiàn)場監(jiān)測情況，針對氨氣逃逸監(jiān)測出現(xiàn)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(xué)學(xué)報（自然科學(xué)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(xué)院學(xué)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(xué)化學(xué)教學(xué)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(diào)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(shù)與設(shè)備展覽會暨技術(shù)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。