摘要：本文介绍了TDLAS多点在线式激光光谱氨逃逸监测系统，并根据SCR反应器进出口烟道的浓度场和速度场，利用全区域NH3/NOx等摩尔比理念，通过主动利用不均原理进行喷氨格栅优化，实现反应器截面NOx/NH3摩尔比的均匀分布，降低各区域NH3峰值浓度。
关键词：TDLAS；多点；喷氨格栅；优化
前言
SCR脱硝装置由于烟道内烟气流场不均匀和喷氨格栅喷氨不均匀，造成脱硝出口氮氧化物、氨逃逸不均匀，对脱硝自动喷氨精准控制产生较大干扰，同时由于脱硝反应系统及取样测量系统的延迟性，使得脱硝自动调节的及时性受到严重制约，难于精准控制。
脱硝喷氨格栅阀门开度、浓度场、速度场三者之间耦合关系，会影响脱硝出口烟道NH3/NOx分布的均匀性。可以通过TDLAS多点在线式激光氨逃逸在线监测数据，调整氨喷射系统各支管的流量，消除局部过大的氨逃逸区域，改善入口氨喷射均匀性。
1 TDLAS多点在线式氨逃逸监测系统介绍
TDLAS为可调谐半导体激光吸收光谱的简称，采用单一窄带的激光频率扫描一条独立的气体吸收线，作为一种高响应速度、高灵敏度的非侵入式测量系统，系统由光学监测端、配电箱、分析仪3部分组成，光学监测端集成了采样、过滤、检测于一体，与原位检测类似，光学监测端通过法兰安装于烟道外壁，没有采样管，通过光纤和CEMS小间内的主机连接，并通过定期压缩空气反吹解决烟尘堵塞问题，多次激光反射，光程达10-30m，监测灵敏度0.01ppm。在脱硝出口同一烟道断面多点布置，独立监测多点氨逃逸，获得烟道断面上氨逃逸的实际分布情况，给SCR喷氨优化提供试试的数据支持，防止空预器由于ABS引起堵塞。
2测试仪器及方法
2.1测试仪器
NO、O2进出口浓度采用德国德图公司Testo 350型烟气分析仪测定，NO量程0-500μL/L，精度0.1μL/L，O2量程0-25%，精度0.01%；NH3逃逸率本项目定制的基于TDLAS多点氨逃逸采样系统测定，精度0.01ppm，烟气取样枪长度为3.5m，速度场测试用WOBI膜盒压力表，量程0-2000Pa，精度±5Pa，配套长度为3.5m的S型皮托管1根，校正系数为0.84。
2.2测试方法
在SCR反应器的A侧、B侧出口烟道，分别采用等截面网格法布置烟气取样点。按照宽度方向从东至西布置14个测孔，其中A侧沿长度方向布置8个测孔，B侧沿长度方向布置6个测孔，编号依次为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、B1、B2、B3、B4、B5、B6，每个测孔测试5组数据，具体位置及编号见图2-1。在每台反应器进出口各布置一套Testo 350型烟气分析仪，烟气经不锈钢取样管引出至烟道外，再经过加热过滤、除湿、冷却等处理后，最后接入烟气传感器进行分析。通过分析烟气中的NO与O2含量，可获得烟道截面的NOx浓度分布（干基、标态、6%O2）。基于TDLAS多点氨逃逸测量系统布置在A侧反应器出口同一烟道断面，按照宽度方向从左至右布置4个测孔。
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图2-1 反应器出口烟道NO测点示意图
3喷氨格栅优化前装置状态
3.1 速度场分布
脱硝出口烟气流速与负荷关系密切，且与测孔位置有关。三种负荷工况下，B侧速度均值分别为13.9、11.0、7.8 m/s，A侧均值为分别为14.1、11.1、7.7 m/s，两侧均值比分别为1.01、1.01、0.98。这表明：两侧反应器总体风量分布非常均匀，受负荷波动性较小。此外，反应器入口烟道截面烟气流速分布均匀，其中B侧烟气流速偏差分别为0.4、0.7、0.4 m/s，相对偏差分别为2.9%、6.4%、5.1%，A侧内外侧绝对偏差为0.5、0.2、0.2 m/s，相对偏差分别为3.5%、1.8%、2.6%。这表明：反应器入口速度场分布均匀，速度场的波动对喷氨格栅优化调整基本没有影响。
3.2 脱硝入口NOx浓度场分布
脱硝入口NOx浓度与负荷、测孔位置关系密切。三种负荷工况下，B侧均值分别为252、246、237 mg/m3，A侧均值为分别为281、272、257 mg/m3，均值之比分别为1.11、1.10、1.09。NOx浓度均呈现外侧低、内侧高的趋势，其中B侧内外侧绝对偏差分别为12、11、10 mg/m3，相对偏差分别为4.8%、4.5%、4.2%，A侧内外侧绝对偏差为22、20、18 mg/m3，相对偏差分别为7.8%、7.4%、7.0%。这表明：反应器入口浓度场分布较为均匀，是喷氨格栅优化调整过程中需要考虑的一个重要因素。(在不同负荷下均呈内高外低，不随负荷变化)
3.3脱硝出口NOx浓度场分布
从图3-1和图3-2可以看出，SCR反应器出口烟道A/B侧出口NOx浓度场呈现不同的分布规律，NOx浓度分布A侧呈现东侧低西侧高，而B侧呈现东侧高西侧低的趋势。从图3-1可知，A侧纵向（从东往西）8个测点出口NOx浓度均值为20.3 mg/Nm3，分别为4.5、2.6、3.8、8.3、16.9、55.5、64.4、10.1 mg/Nm3，1、2、3、4、8共5个测点浓度很低，6、7共2个测点浓度很高，8个测点浓度相对偏差为107.4%。横向（从南向北）8个测点出口NOx浓度偏差为5.2、1.7、0.5、5.1、15.4、18.9、20.2、4.7 mg/Nm3，与8个测点绝对值来说，其相对偏差较小。
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图3-1优化前A侧反应器出口NOx浓度分布
从图3-2可知，B侧纵向（从东往西）6个测点出口NOx浓度均值为25.7 mg/Nm3，分别为38.2、63.9、30.4、10.5、6.5、5.9 mg/Nm3，4、5、6共3个测点浓度很低，1、2、3共3个测点浓度很高，6个测点浓度相对偏差为89.2%。相对于A侧来说，B侧横向（由南向北）各点浓度偏差较大，呈现南侧较低，北侧较高的特点。 从南到北3.5米、2.8米、2.1米、1.4米、0.7米
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图3-2优化前B侧反应器出口NOx浓度分布
3.4脱硝 出口NH3浓度场分布
安装TDLAS多点氨逃逸系统之后，优化前对应4个测点TDLAS多点氨逃逸测量值分布均呈现东侧高、西侧低的趋势，且大致规律相同，与喷氨格栅优化前出口烟道NOx浓度对比数据表明：NH3与NO彼此之间有互为相反的逻辑关系。
4喷氨格栅优化后装置状态
4.1喷氨格栅优化调整假设和原则
SCR反应物的混合主要由氨喷射系统来完成的，喷射系统控制着NH3喷射的角度、速度和方向，如果混合不充分，系统的脱硝效率就很低，设计时必须在NH3喷射装置和催化剂入口之间为混合预留足够距离，通过调整喷氨格栅阀门开度、混合气体流量等达到优化氨喷射目的。本次喷氨格栅优化调整假设和原则如下：
1、反应器出口截面NOx和NH3相对偏差为优化调整最终考核指标；
2、调整过程中应综合考虑锅炉负荷、速度场、浓度场等多种因素，按照NH3/NOx等摩尔比理念进行调节；
3、反应器催化剂床层运行正常，没有催化剂积灰、堵塞、中毒等现象；
4、SCR烟气脱硝装置AB侧喷氨格栅母管、喷氨格栅支管运行正常，没有腐蚀、堵塞等情况发生，同样开度下流量相同。
每个反应器入口烟道均布置区域型喷氨格栅1套，具备宽度方向及深度方向调节功能。每侧喷氨格栅对应24根喷氨支管，每3根喷氨支管一组控制一块区域，测孔与喷氨支管对应关系为：A1或B1（支管1-3）、A2或B2（支管4-6）、A3或B3（支管7-9）、A4或B4（支管10-12）、A5或B5（支管13-15）、A6或B6（支管16-18）、A7或B7（支管19-21）、A8或B8（支管22-24）。每路支管控制8个喷嘴，支管的开度范围为0-90，每根氨分配管上均设有手动调阀可以调节各支管的氨喷射流量。
4.2 脱硝出口NOx浓度场分布
通过关键区域实时检测逃逸氨的精确浓度，对SCR脱硝装置进行关键区域实时故障诊断，同时按照“主动利用不均匀性”原理，及时调整相应区域的喷氨格栅阀门开度，实现反应器截面NOx/NH3摩尔比的均匀分布，降低各区域NH3峰值浓度。
优化后A侧反应器出口NOx浓度分布，经过基于TDLAS多点氨逃逸测试系统及Testo 350烟气分析现场实测后，SCR反应器出口烟道A/B侧出口NOx浓度场均匀性有了大幅改善。A侧纵向（从东往西）8个测点出口NOx浓度均值为20.57 mg/Nm3，分别为24.4、19.8、17.4、19.6、23.2、23.4、21.0、16.5 mg/Nm3，各测孔浓度最大偏差降至7.9mg/Nm3，相对偏差为13.9%。B侧纵向（从东往西）6个测点出口NOx浓度均值为22.77 mg/Nm3，分别为24.5、25.7、23.8、20.6、18.5、17.9 mg/Nm3，各测孔浓度最大偏差降至7.8 mg/Nm3，相对偏差为14.5%。
4.3脱硝出口NH3浓度场分布
优化后A侧反应器出口烟道从东往西，4个测点TDLAS多点氨逃逸测量值分别为1.84、4.11、1.30、1.79ppm，基本平均分布。
5 结论
基于TDLAS多点氨逃逸测试系统及Testo 350烟气分析仪现场实测数据，依据SCR反应器进出口烟道的浓度场和速度场。利用全区域NH3/NOx等摩尔比理念，通过主动利用不均原理进行喷氨格栅优化。调整后，A侧纵向8个测孔浓度最大均值偏差降至10.2 mg/Nm3，相对偏差为16.7%。B侧纵向6个测孔浓度最大均值偏差降至16.8 mg/Nm3，相对偏差为35.0%。这表明：TDLAS系统对于相应侧反应器运行优化具有重要的指导意义，可大幅提升反应器侧性能。