燃煤电厂SCR烟气脱硝氨逃逸在线监测应用现状分析

李 超， 张 杨， 朱 跃

（1.中国华电集团公司 山东分公司，山东 济南 250014；2.华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

燃煤电厂SCR烟气脱硝氨逃逸在线监测应用现状分析

李 超1， 张 杨2， 朱 跃2

（1.中国华电集团公司 山东分公司，山东 济南 250014；2.华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

氨逃逸是反映燃煤电厂SCR烟气脱硝系统运行性能状况的关键参数。通过开展大范围的燃煤电厂氨逃逸在线监测设备运行状况调研，对当前燃煤电厂氨逃逸在线监测设备的应用概况、应用效果、典型问题进行了系统性的总结与分析，并提出了相应的应对措施和建议，可为后续工程应用提供参考与借鉴。

脱硝； 氨逃逸； 在线监测； 应用现状

0 引言

氨逃逸是燃煤电厂SCR烟气脱硝运行的关键控制参数，其控制不当将会导致空预器堵塞腐蚀、烟气阻力损失增大、氨气吸附在飞灰中造成环境污染以及还原剂损耗影响企业效益等问题[1]。然而在实际运行中受脱硝催化剂性能、烟气条件波动、流场偏差、氮氧化物控制滞后性以及喷氨系统调节灵敏度等因素的影响，往往造成氨逃逸运行超标[2]。因此，实现实时、在线、精确测量氨逃逸率，是进行脱硝装置安全、稳定、高效运行的重要保障。

通过开展大范围的燃煤电厂氨逃逸在线监测设备运行状况调研，对应用概况、应用效果、典型问题进行了系统性的总结，对当前氨逃逸在线监测设备的运行状况进行了全面分析，可供后续工程应用参考与借鉴。

1 氨逃逸在线监测技术分析

当前进入工程应用的氨逃逸在线监测设备，根据测量原理主要可分为可调谐二极管激光光谱吸收法（TDLAS）、催化转换法、化学发光法、傅里叶红外法、化学比色法等[3,4]。

1.1 TDLAS

基于TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）技术是当前氨逃逸在线测量的主流方法，基本原理是按照被测气体的波长调整激光束的波长与其相对应，待测气体遇到激光束时，会吸收激光束中相对应波长的部分能量，使其激光束衰减。被衰减的光能通过接收器进行测量，其大小与被测气体含量成比例关系。经过信号处理及标定，从而得出待测气体的含量。此方法具有测量范围广、非接触式测量、响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强等特点。

根据测量方式又可分为以下三类[5]：

（1）原位测量方式：发射单元与接收单元直接安装于烟道的两侧。

（2）直接抽取式：与CEMS监测相似，利用采样探头将烟气抽取到烟道外部进行测量。

（3）渗透管式：将陶瓷渗透管作为腔体插入烟道中，烟气通过压差进入腔体再进行测量。

三类测量方式的优缺点对比详见表1。

表1 基于TDLAS测量原理的不同测量方式对比情况Tab.1 Comparison of different measures based on the TDLAS

1.2 催化转换法

烟气抽取出来经预处理系统后分成两路样气，一路样气进入烟气分析仪用于测量NOx，一路样气经过催化剂，把NH3和NOx在高温（350℃）下催化还原成H2O和N2，转换后的样气进入NOx分析仪中进行测量，与转换前的NOx浓度比较，差值即为氨逃逸量产生的变化。

1.3 化学发光法

化学发光法是利用化学反应产生的光能发射，氮氧化物等化合物吸收化学能后，被激发到激发态，再由激发态返回至基态时，以光量子的形式释放能量，化学发光法即是通过测量化学发光强度对物质进行分析测定。样品气经压缩空气按比例稀释后送入烟气分析仪分析后分两部分进行分析：一部分样气中的NH3在750℃的不锈钢转化炉内全部被氧化成了NOx，然后进入烟气分析仪测得总氮浓度；第二部分样气先经除氨预处理器得到不含氨的样气，然后进入烟气分析仪测得总氮浓度。通过计算两部分的差值即为氨逃逸量。

1.4 傅里叶变换光谱法

红外吸收光谱分析方法主要是依据分子内部原子间的相互振动，不同的化学键或官能团，其振动能级从基态跃迁到激发态所需要的能量不同，物理吸收不同的红外光，将在不同波长上出现吸收峰。

利用不同气体组份对红外光的吸收光谱特性，红外光源发出的光被分光器分为两束，一束经反射到达动镜，另一束经透射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分光器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分光器分光后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分光器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。

1.5 化学比色法

抽取的样气送至测量模块的吸收池，吸收池中的稀硫酸吸收液将烟气中的逃逸氨完全溶解吸收，在亚硝基铁氰化钠及次氯酸钠存在下，与水杨酸生成蓝绿色的靛酚蓝染料，根据着色深浅于700nm处比色定量测得吸收液中氨浓度，通过计算氨与样气体积比得到烟气中逃逸氨浓度。

上述氨逃逸监测方法各有优缺点，具体优缺点比较见表2。

2 应用分析

2.1 应用概况

如图1所示，针对231台机组进行了在线氨逃逸监测设备类型的调研，涉及品牌型号共计11个，其中大部分均采用TDLAS原理，占比达到93%；采用化学发光法原理的共计16台机组，占比为7%；采用化学比色法原理的仅1台机组。

表2 不同氨逃逸监测方法优缺点比较Tab.2 Comparison of different measurement methods of ammonia slip online monitoring

图1 在线氨逃逸监测设备类型分类统计结果Fig.1 Classification results of ammonia slip online monitoring device

图2 TDLAS原理在线氨逃逸监测设备分类统计结果Fig.2 Classification results of ammonia slip online monitoring device based on the TDLAS

如图2所示，进一步分析采用TDLAS原理的在线氨逃逸监测设备的测量方式，其中采用原位测量的达到188台，占比为88%；采用直接抽取式的为26台，占比为12%；调研机组中并无采用渗透管式测量方式的在线氨逃逸监测设备，说明此方式当前应用范围较为有限。

2.2 应用效果

如图3所示，根据部分反馈的在线氨逃逸监测设备应用效果统计情况来看，能够正常运行的共计126台机组，占比70%；反馈设备故障率较高的共计46台机组，占比26%；另外有8台机组反馈无法正常运行，占比为4%。从上述统计数据来看，虽然大部分在线氨逃逸监测设备能够正常运行，但仍有相当大比例的设备存在故障率较高的问题，更有少量设备完全无法正常运行。需要说明的是，上述“正常运行”的定义为能够监测氨逃逸的在线变化趋势即可，而对数据准确性并未做精确要求，这在实际运行中是难以验证的，在当前在线氨逃逸监测技术条件下也是难以达到的。

图3 在线氨逃逸监测设备应用效果Fig.3 Application effect of ammonia slip online monitoring device

3 典型问题分析

对表3中故障率较高设备的故障原因进行了分类统计，结果如图4所示。统计结果表明对光不准共计22台，占比33%；数据波动大共计18台，占比27%；易出现零漂现象共计15台，占比22%；管路易堵塞共计12台，占比18%。进一步分析故障原因，结果见表3。

从上述故障原因来看，均属于机组运行过程中的不稳定状况所导致，从某种层度上来说也表明当前应用的在线氨逃逸表计抗干扰、适应性能力较弱，在日常运行中需要加强运行调整与设备维护，确保其处于正常运行状态。此外，在做好氨逃逸表计维护的同时，SCR烟气脱硝运行人员应具备通过出口NOx浓度、氨耗量、空预器压差等在线参数变化综合判断氨逃逸变化的能力。如发电企业具备条件，可参考《燃煤锅炉飞灰中氨含量的测定 离子色谱法》（DL-T1494-2016），对飞灰中的氨含量进行定期监测，以此判断氨逃逸变化情况。

表3 不同故障原因分析Tab.3 Analysis of different fault causes

4 结语

氨逃逸是反映燃煤电厂SCR烟气脱硝系统运行性能状况的关键参数，通过大范围燃煤电厂氨逃逸在线监测设备运行状况调研分析，结果表明：

（1）氨逃逸因其逃逸量极低、易与SO3反应生成NH4HSO4、吸附性极强、极易溶于水以及受振动、高含尘工况等因素的影响，实现稳定、准确在线监测较为困难，传统电化学、红外和紫外等常规方法准确性难以保证，而基于TDLAS原理的监测技术由于适应性较强，得到了广泛应用。

（2）虽然大部分氨逃逸在线监测仪表能够正常运行，但设备故障率高、抗干扰能力差、适应恶劣工况能力弱仍是当前普遍面临的问题，另一方面氨逃逸监测准确性不仅与仪表本身运行状况有关，也与机组运行状况直接相关。

（3）发电企业应在加强维护、确保氨逃逸在线监测仪表正常运行的基础上，结合出口NOx浓度、氨耗量、空预器压差等在线参数变化，综合判定氨逃逸情况，从而确保SCR烟气脱硝安全、稳定、高效运行。

[1]张杨，杨用龙，冯前伟，等．燃煤电厂SCR烟气脱硝改造工程关键技术[J]．中国电力，2015，48(4)：32-35．Zhang Yang，Yang Yonglong，Feng Qianwei．Key technical issues of SCR denitrification from coal-fired boiler Flue Gas[J]．Electric Power，2015，48(4)：32-35．

[2]时光，张杨，裴煜坤，等．某2×600MW机组“W”火焰锅炉氮氧化物超低排放改造方案分析[J]．发电与空调，2017，175(38)：6-9．Shi Guang，Zang Yang，Pei Yukun，et al．Model analysis on NOx ultra low emission retrofit in 2*600MW“W” typeflameboiler[J]． PowerGeneration amp; Air Condition，2017，175(38)：6-9．

[3]颉萌生．氨逃逸率在线测量[D]．华北电力大学，2013．

[4]郭景晨，严海川，韩世亮，等．激光抽取式氨逃逸在线监测设备在电厂脱硝系统上的应用[J]．重庆电力高等专科学校学报，2014，19(5)：60-62．Guo Jingcheng， Yan Haichuan， Han Shiliang， et al．A study on the application of the laser extraction type online monitoring device for ammonia escape in the denitration system of a power plant[J]．Joumal of Chongqing ElecIric Power College，2014，19(5)：60-62．

[5]罗子湛.稀释取样法在电站脱硝氨逃逸测量中的应用[J].电站系统工程，2012，28(2)：67-70．Luo Zizhan．Dilution sampling analysis method application in de-NOxammoniaslip measurementforcoal fired power plant[J]．Power System Engineering，2012，28(2)：67-70．

Analysis on the Application Status of Ammonia Slip Online Monitoring of SCR Denitrification From Coal-fired Boiler Flue Gas

LI Chao1， ZHANG Yang2， ZHU Yue2
（1.China Huadian Corporation Shandong Branch,Jinan 250014，China；2.Huadian Electric Power Research Institute,Hangzhou 310030，China）

Ammonia slip is the key parameter of the SCR denitrification from coal-fired boiler flue gas.On the basis of a large sample sizes study on the application status of ammonia slip online monitoring of SCR denitrification from coal-fired boiler flue gas,application situation,application effect,typical problem were systematic summarized and analyzed,and some countermeasures were proposed,which can be used for further reference.

de-NOx； ammonia slip； online monitoring；application status

X773

B

2095-3429（2017）05-0041-04

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.05.010

2017-08-22

李超（1967-），男，山东烟台人，本科，高级工程师，主要从事电力企业环保、化学方面的技术管理工作。