張冠男，李少鵬

(國家能源集團(tuán)寧夏電力大壩電廠，寧夏 青銅峽 751607)

大壩電廠四期工程2×660 MW超超臨界機(jī)組采用選擇性催化還原法煙氣脫硝(selective catalytic reduction,SCR)技術(shù)，即在305～420 ℃溫度范圍內(nèi)，將適量的氨氣噴入高溫?zé)煔庵?，在催化劑的作用下，氨氣與鍋爐排放的原煙氣中的NOx充分發(fā)生反應(yīng)，最終生成無害的氮?dú)夂退甗1]，化學(xué)方程式為

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

(1)

6NO+4NH3→5N2+6H2O

(2)

6NO2+8NH3→7NO2+12H2O

(3)

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

(4)

在保證脫硝效率前提下，脫硝系統(tǒng)要噴入足夠量的氨氣，這就存在氨氣反應(yīng)不完全逃逸的情況[2]。氨逃逸會(huì)導(dǎo)致空預(yù)器堵塞腐蝕、煙氣阻力損失增大、氨氣吸附在飛灰中造成環(huán)境污染，以及還原劑損耗影響企業(yè)效益等問題[3]。為了保證氮氧化物充分反應(yīng)并避免噴氨過量造成的氨氣的浪費(fèi)和對(duì)下游設(shè)備的損害，需要對(duì)氨逃逸進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，達(dá)到還原劑氨氣注入量的最優(yōu)化[4]。

1 氨逃逸在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

大壩電廠7、8號(hào)爐氨逃逸在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用ABB LS25原位激光分析儀，它由激光發(fā)射單元和接收單元構(gòu)成，分別安裝在SCR系統(tǒng)出口煙道的對(duì)角側(cè),激光發(fā)射端發(fā)射出特定波長的激光,煙氣中的NH3吸收激光形成吸收光譜，在接收端對(duì)監(jiān)測(cè)到的光信號(hào)進(jìn)行分析，然后通過光電轉(zhuǎn)換器將分析結(jié)果傳輸至發(fā)送端的PDA，從而得出所測(cè)氣體的濃度轉(zhuǎn)換為4～20 mA電流信號(hào)送至PLC，最終到達(dá)DCS進(jìn)行監(jiān)視[5]，如圖1所示。

圖1 ABB LS25原位激光分析儀工作

7號(hào)機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行期間，氨逃逸在線監(jiān)測(cè)裝置頻繁報(bào)警顯示對(duì)光率低故障，氨逃逸檢測(cè)裝置在不同負(fù)荷下的對(duì)光率見表1。

表1 氨逃逸在線監(jiān)測(cè)裝置在不同負(fù)荷下的對(duì)光率

根據(jù)《ABB AO2000-LS25激光分析儀操作手冊(cè)》的要求，在儀器調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)后，所允許的激光器和接收器中軸之間由于溫度或震動(dòng)影響而產(chǎn)生的對(duì)光率大于15%，最大角度偏差小于0.3°才不會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響。在機(jī)組運(yùn)行期間，當(dāng)鍋爐在尾部聲波吹灰和負(fù)荷變化時(shí)，測(cè)量裝置都會(huì)因?yàn)闊煹勒饎?dòng)或受熱膨脹導(dǎo)致發(fā)射和接收單元不在一條中軸線上而造成數(shù)據(jù)離線，如圖2所示。

圖2 在煙道震動(dòng)情況下激光分析儀位置

2 氨逃逸在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造

2.1 改造方案的選擇

2.1.1 方案一，更換為抽取式激光分析儀

與煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(continuous emission monitoring system,CEMS)監(jiān)測(cè)相似，利用采樣探頭將煙氣抽取到煙道外部進(jìn)行測(cè)量[6]。方案優(yōu)點(diǎn)是可對(duì)煙氣中的粉塵進(jìn)行過濾，徹底解決了因?qū)饴实统霈F(xiàn)分析儀無法測(cè)量氨氣濃度的問題。缺點(diǎn)是氨氣會(huì)吸附在測(cè)量管線上，容易腐蝕管線；抽取后的氨氣濃度會(huì)發(fā)生變化，影響測(cè)量精度[7]。

2.1.2 方案二，氨逃逸測(cè)量裝置改為1根管總成式設(shè)計(jì)

發(fā)射單元和接收單元使用1根管總成式連接，改裝后的激光分析儀的發(fā)射單元和接收單元使用1根內(nèi)插管進(jìn)行連接，在接收端安裝膨脹節(jié)、調(diào)節(jié)套管，即使在煙道受熱膨脹時(shí)，該端膨脹節(jié)通過伸縮作為煙道受熱膨脹的補(bǔ)償，有效解決了煙道受熱膨脹帶來的激光儀對(duì)光難的問題，并增加反吹氣孔，測(cè)量時(shí)兩端圓孔封閉，當(dāng)反吹氣源壓力過低，內(nèi)插管中間形成積灰時(shí)，只要打開兩端圓孔的封蓋，利用測(cè)點(diǎn)煙道與大氣形成的負(fù)壓把積灰吹走。方案優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量溫度為實(shí)時(shí)煙溫，煙氣成分和組分濃度不變。缺點(diǎn)是改造過程耗時(shí)長。

2.1.3 方案三，改為滲透管式測(cè)量方式

陶瓷滲透管作為腔體插入煙道中進(jìn)行測(cè)量，煙氣通過壓差進(jìn)入腔體[8]。方案優(yōu)點(diǎn)是溫度、煙氣成分不變，可過濾粉塵且光路穩(wěn)定。缺點(diǎn)是陶瓷滲透管對(duì)氨氣有吸附，氨氣吸附和解析量與溫度有關(guān)，煙氣更新慢、光路短[9]。

從經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)施性、可靠性3個(gè)方面對(duì)3套方案進(jìn)行對(duì)比，最終確定選用方案二。

2.2 方案實(shí)施

在脫硝出口煙道的對(duì)角側(cè)，將內(nèi)插管一端直接與煙道壁焊接，帶套管與膨脹節(jié)的一端將套管與煙道壁焊接，再將發(fā)射端和接收端用法蘭與內(nèi)插管連接，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 1根管總成式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

3 效果評(píng)價(jià)

改造后的氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置對(duì)光率大幅提升，接收端不再受到煙道震動(dòng)及受熱膨脹的影響，消除了氨逃逸在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)離線故障，提高了設(shè)備可靠性，改造后在線監(jiān)測(cè)裝置離線情況如表2所示。

表2 氨逃逸在線檢測(cè)裝置改造后離線統(tǒng)計(jì)

氨逃逸在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改造，有效避免了由于煙道震動(dòng)或受熱膨脹造成氨逃逸數(shù)據(jù)離線而受到環(huán)保處罰的風(fēng)險(xiǎn)。改裝后的氨逃逸在線監(jiān)測(cè)分析儀投運(yùn)后，在滿足氮氧化物排放要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了精細(xì)噴氨，提高了機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié) 論

(1)氨逃逸分析儀的改造設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，實(shí)際使用效果良好，大幅減少了設(shè)備維護(hù)工作量。

(2)改造后的氨逃逸分析儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)氨逃逸的精確測(cè)量，避免因測(cè)量不準(zhǔn)導(dǎo)致氨氣進(jìn)入大氣污染環(huán)境。

(3)改裝后的氨逃逸在線監(jiān)測(cè)分析儀投運(yùn)后，運(yùn)行人員根據(jù)氨逃逸量實(shí)現(xiàn)精細(xì)噴氨，避免氨氣的浪費(fèi)和對(duì)下游設(shè)備的損害。