韩雪
华能大庆热电有限公司 黑龙江 大庆 163159
摘要：SCR烟气脱硝技术是当前世界上先进的火电厂烟气脱硝主流技术之一。为了控制脱硝中氨的使用和保护设备，必须对SCR出口处的氨逃逸量进行监测。另外，对脱硝氨逃逸在线检测技术进行研究与应用，具有积极的现实意义。
关键词：火电厂；SCR脱硝；氨逃逸检测
氨逃逸是火电厂SCR烟气脱硝运行的关键控制参数，若控制不当，会导致空预器堵塞腐蚀、烟气阻力损失增大、飞灰中氨吸附造成环境污染、还原剂损耗影响企业效益等问题。但由于运行中受脱硝催化剂的性能、烟气条件的波动、流场偏差、氮氧化物控制滞后、喷氨系统的调节灵敏度等影响，经常发生氨逃逸运行超标。因此，实现氨逃逸率的实时、在线、准确测量，是脱硝装置安全、稳定、高效运行的重要保障。基于此，本文对氨逃逸在线检测技术在火电厂SCR脱硝的应用进行了详细的探讨。
一、SCR脱硝技术简介
随着我国社会经济的不断发展，我国的发电装机容量不断提升，但也带来了严峻的环保压力。当前，我国火电厂的环保措施主要集中在脱硫处理上，但在NOx排放控制方面刚刚起步，与世界先进国家相比还存在较大差距。
在当前用于火电厂锅炉脱硝技术中,选择性催化还原(SCR)法脱硝工艺被证明是使用最广泛、脱硝效率最高、最成熟的脱硝技术,它也是当前我国火电厂烟气脱硝的主流技术之一。
SCR脱硝技术的主要原理是NH3及NOx在催化剂作用下使NOx还原生成N2与H2O。SCR反应器的安装位置选择在燃煤锅炉的省煤器及空预器之间，进入反应器的烟气温度为320℃～420℃。锅炉省煤器出口烟气与氨气混合后进入SCR反应器去除NOx，净烟气进入空预器。SCR脱硝效率可达70%～90%，将氨和其他合适的还原剂喷入到催化剂上游的原烟气中，利用催化剂将烟气中的氮氧化物转化为氮气及水。脱硝反应过程为：
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O
二、氨逃逸在线连续检测原理
1、TDLs(Tunable Diode Laser Spectroscopy)可调谐二极管激光光谱吸收法：根据被测气体的波长制作(调正)激光束波长与其相对应。当被测气体遇到激光束时，被测气体会吸收激光束中相应波长的部分能量，从而使激光束衰减。衰减的光能可由接收器(光检测器)测量，它的大小与被测气体含量成正比关系。经过信号处理和标定，以此得到待测气体的含量。
2、催化转换法：样气提取后，经预处理系统分为两路样气，一路样气进入烟气分析仪测量NOx，另一种样气通过催化剂，在高温下将NH3与NOx催化还原转化为H2O和N2，转换后的样气进入NOx分析仪进行测量，与转换前的NOx浓度相比，差值即是NH3逃逸量引起的变化。
3、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。
4、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。
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。
三、SICK氨逃逸连续在线检测仪
为了保证火电机组SCR装置的安全高效运行，可采用德国西克麦哈克(SICK)公司的GM700型氨逃逸检测器。该检测器的原理是采用TDLs调谐二极管激光光谱吸收法测量微量的逃逸氨，该系统的主要部件包括：
1、发射接收单元(TR单元)：包括测量的主要光学与电子元件，以及测量与记录平均值。
2、带陶瓷过滤器的GPP测量探头：包括集成温度传感器PT1000及压力传感器。
3、计算单元：GM700系统的用户界面，负责测量值的获取及输出，并能完成一定的控制及监测功能。
GM700系统构成如图1所示：
图1 GM700系统构成示意图
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四、GM700技术特点
1、GM700技术特征。①GM700直插式分析仪无需抽取样气即能直接测量烟气。②GM700直插式分析仪GPP探头，样气经扩散进入光路。粉尘对光路无污染，适用于粉尘浓度大于30g/m3的场合。③GM700直插式分析仪安装方便，环境的震动和烟道的热变形不会影响测量的光路。④GM700直插式分析仪GPP探头无需吹扫空气，维护简单，光学镜面设有温度控制器，避免凝结物的形成。⑤GM700直插式分析仪的GPP探头有一个集成的温度传感器PT1000及压力传感器，同时测量烟道内的温度及压力。⑥GM700直插式分析仪可垂直安装脱硝装置，测量更加准确可靠。
五、现场应用情况
1、现场安装。GM70一般安装在电厂空预器入口烟道一侧，首先打开烟道绝缘保温层约500*750mm，安装带管法兰，并标明气流方向。然后插入带有陶瓷过滤器的GPP测量探头，并且GPP测量探头的保护挡板与气流方向要对准。然后连接发射接收单元及测量探头，并调整发射接收单元的光学准直。最后，通过CAN总线将计算单元与发送接收单元连接起来，同时设置相关参数及控制功能。
2、应用效果。运行一段时间后，由DCS记录发电机功率、脱硝效率、氨逃逸量、喷氨调节阀开度等数据。图2所示为关小喷氨调节阀1分钟，以及3次开大调节阀1分钟的动作，并显示各数据的变化情况。图3显示了关闭喷氨调节阀的各数据变化状况。从图2、3可知，随着调节阀开度的变化，GM700能准确、快速地检测氨逃逸量的变化，表明GM700完全适用于火电厂脱硝装置氨逃逸量的检测。
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图2 喷氨调节阀动作时，参数的变化情况
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图3 喷氨调节阀关闭时，参数的变化情况
综上所述，随着我国火电厂脱硝装置的大规模投运，SCR装置出口的氨逃逸情况越来越受到关注。许多电厂都出现了由于氨逃逸率高而引起的空气预热器换热元件表面硫酸氧铵沉积现象，这严重影响了机组的运行经济性和安全性。因而，脱硝氨逃逸在线检测技术的应用有着重要的意义。
参考文献：
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[2]吴华成.脱硝氨逃逸监测分析技术[J].华北电力技术,2015(01).
[3]刘剑.氨逃逸在线检测技术在火电厂SCR脱硝的应用[J].科技与企业，2014(12).