張冠男，李少鵬

(國家能源集團寧夏電力大壩電廠，寧夏 青銅峽 751607)

大壩電廠四期工程2×660 MW超超臨界機組采用選擇性催化還原法煙氣脫硝(selective catalytic reduction,SCR)技術，即在305～420 ℃溫度范圍內，將適量的氨氣噴入高溫煙氣中，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，最終生成無害的氮氣和水[1]，化學方程式為

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，這就存在氨氣反應不完全逃逸的情況[2]。氨逃逸會導致空預器堵塞腐蝕、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并避免噴氨過量造成的氨氣的浪費和對下游設備的損害，需要對氨逃逸進行實時監(jiān)測分析，達到還原劑氨氣注入量的最優(yōu)化[4]。

1 氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)

大壩電廠7、8號爐氨逃逸在線監(jiān)測系統(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成，分別安裝在SCR系統(tǒng)出口煙道的對角側,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，在接收端對監(jiān)測到的光信號進行分析，然后通過光電轉換器將分析結果傳輸至發(fā)送端的PDA，從而得出所測氣體的濃度轉換為4～20 mA電流信號送至PLC，最終到達DCS進行監(jiān)視[5]，如圖1所示。

圖1 ABB LS25原位激光分析儀工作

7號機組投產運行期間，氨逃逸在線監(jiān)測裝置頻繁報警顯示對光率低故障，氨逃逸檢測裝置在不同負荷下的對光率見表1。

表1 氨逃逸在線監(jiān)測裝置在不同負荷下的對光率

根據《ABB AO2000-LS25激光分析儀操作手冊》的要求，在儀器調節(jié)對準后，所允許的激光器和接收器中軸之間由于溫度或震動影響而產生的對光率大于15%，最大角度偏差小于0.3°才不會對測量產生影響。在機組運行期間，當鍋爐在尾部聲波吹灰和負荷變化時，測量裝置都會因為煙道震動或受熱膨脹導致發(fā)射和接收單元不在一條中軸線上而造成數(shù)據離線，如圖2所示。

圖2 在煙道震動情況下激光分析儀位置

2 氨逃逸在線監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)(continuous emission monitoring system,CEMS)監(jiān)測相似，利用采樣探頭將煙氣抽取到煙道外部進行測量[6]。方案優(yōu)點是可對煙氣中的粉塵進行過濾，徹底解決了因對光率低出現(xiàn)分析儀無法測量氨氣濃度的問題。缺點是氨氣會吸附在測量管線上，容易腐蝕管線；抽取后的氨氣濃度會發(fā)生變化，影響測量精度[7]。

2.1.2 方案二，氨逃逸測量裝置改為1根管總成式設計

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根內插管進行連接，在接收端安裝膨脹節(jié)、調節(jié)套管，即使在煙道受熱膨脹時，該端膨脹節(jié)通過伸縮作為煙道受熱膨脹的補償，有效解決了煙道受熱膨脹帶來的激光儀對光難的問題，并增加反吹氣孔，測量時兩端圓孔封閉，當反吹氣源壓力過低，內插管中間形成積灰時，只要打開兩端圓孔的封蓋，利用測點煙道與大氣形成的負壓把積灰吹走。方案優(yōu)點是測量溫度為實時煙溫，煙氣成分和組分濃度不變。缺點是改造過程耗時長。

2.1.3 方案三，改為滲透管式測量方式

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

從經濟性、可實施性、可靠性3個方面對3套方案進行對比，最終確定選用方案二。

2.2 方案實施

在脫硝出口煙道的對角側，將內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插管連接，結構如圖3所示。

圖3 1根管總成式設計結構

3 效果評價

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

表2 氨逃逸在線檢測裝置改造后離線統(tǒng)計

氨逃逸在線監(jiān)測系統(tǒng)的改造，有效避免了由于煙道震動或受熱膨脹造成氨逃逸數(shù)據離線而受到環(huán)保處罰的風險。改裝后的氨逃逸在線監(jiān)測分析儀投運后，在滿足氮氧化物排放要求的基礎上實現(xiàn)了精細噴氨，提高了機組安全經濟性。

4 結 論

(1)氨逃逸分析儀的改造設計結構簡單，安全可靠，實際使用效果良好，大幅減少了設備維護工作量。

(2)改造后的氨逃逸分析儀實現(xiàn)了對氨逃逸的精確測量，避免因測量不準導致氨氣進入大氣污染環(huán)境。

(3)改裝后的氨逃逸在線監(jiān)測分析儀投運后，運行人員根據氨逃逸量實現(xiàn)精細噴氨，避免氨氣的浪費和對下游設備的損害。