便携式氨表在氨法脱硫氨逃逸监测中的应用

宜清正，汤光华，孟庆博，丁广华，杨 剑， 苗 丰，孔红兵

(1.江苏国信靖江发电有限公司，江苏 靖江 214500；2.南京国电环保科技有限公司，江苏 南京 210061)

便携式氨表在氨法脱硫氨逃逸监测中的应用

宜清正1，汤光华2，孟庆博1，丁广华2，杨 剑2， 苗 丰2，孔红兵2

(1.江苏国信靖江发电有限公司，江苏 靖江 214500；2.南京国电环保科技有限公司，江苏 南京 210061)

氨法脱硫是目前控制SO2排放中应用较广泛的烟气脱硫技术之一。为提高脱硫效率和经济效益、防止设备腐蚀、减少环境污染，必须准确检测脱硫氨逃逸，减少氨逃逸和硫酸铵的损失。分析了氨逃逸检测对烟气脱硫的重要性，以基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)的便携式氨表为例，对比手工法，进行了实验室和现场测试。结果表明，便携式氨表在高湿、低温的脱硫工况下运行稳。

便携式氨表；氨法脱硫；高湿低温

0 引言

随着我国火电行业的不断发展，能源消耗也快速增长，生产过程中煤炭燃烧生成的SO2对环境造成的污染问题也日益严重。烟气氨法脱硫作为煤炭燃烧后的脱硫方式，已成为目前控制SO2排放中应用比较有效的脱硫技术之一，也是比较经济的SO2控制方法[1]。氨法脱硫具有反应速率快、吸收剂利用率高、脱硫效率高、原料来源丰富、副产品经济价值高且运行稳定等优点，已得到了越来越广泛的应用。在实际氨法脱硫应用过程中，由于高湿、低温的恶劣工况，给氨逃逸的准确检测带来困难，烟气脱硫效果较差。从某热电厂脱硫系统调试运行情况来看，出口烟气的含湿量较大，其中硫酸铵浓度高达280mg/m3，远超国家标准要求。脱硫塔附近建筑物发生严重腐蚀，形成安全隐患，同时影响了周围区域的生活环境，此外硫酸铵和氨的大量逃逸，降低了硫

酸铵产量，影响脱硫效果及经济效益[2-6]。因此准确检测氨逃逸，减少氨逃逸和硫酸铵的损失是氨法脱硫工艺实现工业化的关键。

本文分析了火电厂烟气脱硫监测及氨逃逸检测的重要性，以南环公司研制生产的LDAS-3000便携式氨表为例，介绍了相关技术在烟气氨法脱硫上的应用，并对比手工法进行现场比对测量。

1 氨法脱硫

氨法脱硫工艺是利用氨水吸收SO2最终生成副产物(NH4)2SO4的过程，反应中，(NH4)2SO3对SO2的吸收起主要作用，随着反应的进行，(NH4)2SO3浓度逐渐下降，NH4HSO3浓度逐渐上升，溶液的吸收能力降低，为了保持脱硫循环溶液的吸收能力，需向混合液中定期补充氨气进行中和，使吸收液中的NH4HSO3转变为(NH4)2SO3，为了避免生成的(NH4)2SO3重新分解成SO2，(NH4)2SO3被风机鼓入的空气强制氧化，最终生成副产物硫酸铵(NH4)2SO4[4-6]。

氨法脱硫实质上是气液之间相互传质传热并发生化学反应的过程，主要反应原理如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2 便携式氨表的工作原理及特点

手工化学法原理是将氨吸收到稀硫酸中，在亚硝基铁氰化钠及次氯酸钠的存在下，与水杨酸生成蓝绿色靛酚蓝染料，根据着色深浅，比色定量[7]。此法在检测氨逃逸时，由于脱硫工况高湿、低温，容易造成氨结晶和气溶液的形成，使得化学法检测中存在取样损失、转换效率低等问题，对氨值的测量影响较为明显[8-10]；此外，手工化学法在取样后需要到实验室进行离线分析，分析的周期较长，无法满足火电厂快速、准确测量氨逃逸的需求，这给火电厂脱硫氨逃逸监测和优化调整带来了一定的难度[11]。

南环公司研制生产的LDAS-3000便携式氨表基于TDLAS技术，采用近红外波段可调谐激光二极管，结合波长调制技术，提取与气体浓度相关的谐波信号，实现对NH3浓度的快速、准确测量，同时采用了全程高温伴热的直接抽取法保证了烟气取样的真实性，防止氨的吸附和NH4HSO4的结晶，能够满足烟气脱硫低温、高湿恶劣工况条件下氨浓度的快速、准确测量。便携式氨表采用模块化设计，系统分为前级预处理单元、主分析单元和后级处理单元。前级预处理单元包括两级过滤芯、加热探杆、加热管线和高温精过滤芯模块。主分析单元包括控制单元、显示单元和分析单元。后级处理单元包括除水单元、流量计和取样泵。

本系统的结构如图1所示。

图1 系统结构示意

3 实验室性能测试

3.1 系统零点漂移

对便携式氨表通入高纯氮气，检测系统零点漂移，连续9天测试结果显示其最大偏差0.2μL/L，零点漂移为2.0%。

3.2 系统量程漂移

对便携式氨表通入氨气(标气值为20μL/L)，检测系统量程漂移，共进行20次测试，测量结果最大偏差为0.3μL/L，量程漂移为1.5%。

3.3 响应时间

对便携式氨表通入氮气，直至测量值降到零点状态，此时通入氨气，记录测量值达到18μL/L (满量程的90%)的时间，共进行20次测试，响应时间最长约为70s。

3.4 系统准确度

为了验证设备的测量准确度，使用质量流量计，将氨气与氮气混合，获得7.98、10.1和10.3μL/L的氨气浓度，进行系统准确度测试，其测量结果分别为7.9、9.9、和10.6μL/L，准确度较好。

3.5 系统线性

对氨气(20、10μL/L)和氮气两种气体用质量流量计按10%的比例递增进行气体分割，进行系统线性性能测试，结果见图2。20μL/L量程内的氨浓度值测量结果最大误差为1.0%，10μL/L量程内的氨浓度值最大误差为2.0%。两种量程内的氨气线性非常好，线性相关系数均大于0.998。

图2 便携式氨表线性测试

4 现场测试

测试地点选在南京某热电厂3号炉脱硫塔出口38m高烟囱处，进行氨逃逸检测，并与手工法对比。LDAS-3000便携式氨表采用加热探杆、加热管线、高温精过滤芯模块、加热管线组成的前级预处理单元；手工法采用M&C取样探杆，两者在同一探测点同时取样。便携式氨表的取样探杆温度为280℃，加热管线和高温精过滤芯模块温度为300℃，取样泵流量为4L/min。测量前用高纯氮气(N2)和标气(10μL/L NH3)对便携式氨表进行零点和量程检查，数据见表1。

取样过程中，等便携式氨表抽取到的烟气稳定后，每2min记录一次数据，每20min取平均值，最后抽空气吹扫气路，防止气路中残余的氨结晶吸附影响下次使用。手工法共取6个样，测量数据如表2和图3所示。

表1 测量前零点和量程检查结果

检查项目NH3/μL·L-1H2O/%光强零点(0μL/L)0.150.90.952量程(10μL/L)9.890.80.952

表2 脱硫氨逃逸测试数据

项 目手工法NH3/μL·L-1LDAS-3000NH3/μL·L-1H2O/%光强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

图3 现场测试曲线

测试结果表明，便携式氨表与手工法测试两者趋势基本一致，同一时段便携式比手工法测量结果大。考虑到前置预处理部分手工法温度较低，易造成氨结晶，导致取样损失情况发生，同时手工法原理本身存在的转换效率等影响，可以认为这个差异是合理的。整个氨法脱硫测量中，便携式氨表水分在14%附近，光强没有明显下降，综上说明便携式氨表在高湿、低温的脱硫工况下能够正常稳定工作，且较手工法测量结果更为合适。

5 结语

便携式氨表与手工法现场的比对测试，说明便携式氨表仪具有较强的环境适应性，响应时间快，线性度好，测量准确度高，完全可以满足高湿、低温的脱硫工况下对氨逃逸的检测需求。

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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

国家重大科学仪器设备开发专项(2014YQ060537)；江苏省科技成果转化专项资金项目(BA2016064)

X701.3

B

1674-8069(2017)03-037-03

2016-12-09；

2017-01-12

宜清正(1982-)，男，江苏扬州人，工程师，主要从事超超临界燃煤发电机组热控专业管理、大型燃煤发电机组环保设施管理工作。E-mail：yizhengjim@163.com