大坝电厂氨逃逸在线监测系统改造

张冠男，李少鹏

(国家能源集团宁夏电力大坝电厂，宁夏 青铜峡 751607)

大坝电厂四期工程2×660 MW超超临界机组采用选择性催化还原法烟气脱硝(selective catalytic reduction,SCR)技术，即在305～420 ℃温度范围内，将适量的氨气喷入高温烟气中，在催化剂的作用下，氨气与锅炉排放的原烟气中的NOx充分发生反应，最终生成无害的氮气和水[1]，化学方程式为

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

(1)

6NO+4NH3→5N2+6H2O

(2)

6NO2+8NH3→7NO2+12H2O

(3)

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

(4)

在保证脱硝效率前提下，脱硝系统要喷入足够量的氨气，这就存在氨气反应不完全逃逸的情况[2]。氨逃逸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[3]。为了保证氮氧化物充分反应并避免喷氨过量造成的氨气的浪费和对下游设备的损害，需要对氨逃逸进行实时监测分析，达到还原剂氨气注入量的最优化[4]。

1 氨逃逸在线监测系统

大坝电厂7、8号炉氨逃逸在线监测系统采用ABB LS25原位激光分析仪，它由激光发射单元和接收单元构成，分别安装在SCR系统出口烟道的对角侧,激光发射端发射出特定波长的激光,烟气中的NH3吸收激光形成吸收光谱，在接收端对监测到的光信号进行分析，然后通过光电转换器将分析结果传输至发送端的PDA，从而得出所测气体的浓度转换为4～20 mA电流信号送至PLC，最终到达DCS进行监视[5]，如图1所示。

图1 ABB LS25原位激光分析仪工作

7号机组投产运行期间，氨逃逸在线监测装置频繁报警显示对光率低故障，氨逃逸检测装置在不同负荷下的对光率见表1。

表1 氨逃逸在线监测装置在不同负荷下的对光率

根据《ABB AO2000-LS25激光分析仪操作手册》的要求，在仪器调节对准后，所允许的激光器和接收器中轴之间由于温度或震动影响而产生的对光率大于15%，最大角度偏差小于0.3°才不会对测量产生影响。在机组运行期间，当锅炉在尾部声波吹灰和负荷变化时，测量装置都会因为烟道震动或受热膨胀导致发射和接收单元不在一条中轴线上而造成数据离线，如图2所示。

图2 在烟道震动情况下激光分析仪位置

2 氨逃逸在线监测系统改造

2.1 改造方案的选择

2.1.1 方案一，更换为抽取式激光分析仪

与烟气在线监测系统(continuous emission monitoring system,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[6]。方案优点是可对烟气中的粉尘进行过滤，彻底解决了因对光率低出现分析仪无法测量氨气浓度的问题。缺点是氨气会吸附在测量管线上，容易腐蚀管线；抽取后的氨气浓度会发生变化，影响测量精度[7]。

2.1.2 方案二，氨逃逸测量装置改为1根管总成式设计

发射单元和接收单元使用1根管总成式连接，改装后的激光分析仪的发射单元和接收单元使用1根内插管进行连接，在接收端安装膨胀节、调节套管，即使在烟道受热膨胀时，该端膨胀节通过伸缩作为烟道受热膨胀的补偿，有效解决了烟道受热膨胀带来的激光仪对光难的问题，并增加反吹气孔，测量时两端圆孔封闭，当反吹气源压力过低，内插管中间形成积灰时，只要打开两端圆孔的封盖，利用测点烟道与大气形成的负压把积灰吹走。方案优点是测量温度为实时烟温，烟气成分和组分浓度不变。缺点是改造过程耗时长。

2.1.3 方案三，改为渗透管式测量方式

陶瓷渗透管作为腔体插入烟道中进行测量，烟气通过压差进入腔体[8]。方案优点是温度、烟气成分不变，可过滤粉尘且光路稳定。缺点是陶瓷渗透管对氨气有吸附，氨气吸附和解析量与温度有关，烟气更新慢、光路短[9]。

从经济性、可实施性、可靠性3个方面对3套方案进行对比，最终确定选用方案二。

2.2 方案实施

在脱硝出口烟道的对角侧，将内插管一端直接与烟道壁焊接，带套管与膨胀节的一端将套管与烟道壁焊接，再将发射端和接收端用法兰与内插管连接，结构如图3所示。

图3 1根管总成式设计结构

3 效果评价

改造后的氨逃逸监测装置对光率大幅提升，接收端不再受到烟道震动及受热膨胀的影响，消除了氨逃逸在线监测数据离线故障，提高了设备可靠性，改造后在线监测装置离线情况如表2所示。

表2 氨逃逸在线检测装置改造后离线统计

氨逃逸在线监测系统的改造，有效避免了由于烟道震动或受热膨胀造成氨逃逸数据离线而受到环保处罚的风险。改装后的氨逃逸在线监测分析仪投运后，在满足氮氧化物排放要求的基础上实现了精细喷氨，提高了机组安全经济性。

4 结 论

(1)氨逃逸分析仪的改造设计结构简单，安全可靠，实际使用效果良好，大幅减少了设备维护工作量。

(2)改造后的氨逃逸分析仪实现了对氨逃逸的精确测量，避免因测量不准导致氨气进入大气污染环境。

(3)改装后的氨逃逸在线监测分析仪投运后，运行人员根据氨逃逸量实现精细喷氨，避免氨气的浪费和对下游设备的损害。