氨逃逸监测装置在电厂1000MW机组中的应用设计研

为了减少烟囱出口氮氧化物的排放量，我厂#3、4百万机组均设计安装了脱硝装置，采用向锅炉尾部烟道喷入氨气的选择性催化还原脱硝工艺（SCR）。为防止脱硝喷氨过量带来的氨气浪费、空预器堵塞等一系列问题，我厂在脱硝出口安装了氨逃逸监测装置，根据实时监测的逃逸氨量来调整喷氨量，防止喷氨过多。然而，该装置投运两年多来产生了不少问题，本文对这些问题进行分析总结，并提出了相应的改进和优化措施。
　　1 测量原理
　　我厂氨逃逸监测装置采用抽取式催化反应化学发光法。
　　1.1 抽取式催化反应法
　　将监测装置的取样探头分成NOx-NH3通道和NOx通道。NOx-NH3通道内NH3和NOx在催化剂的作用下发生反应，反应方程式为：
　　由上式可知，反应中NH3和NOx等量被消耗，反应后烟气中减少的NOx的浓度和NH3的浓度相等。而NOx通道没有催化剂，NOx不会被消耗。因此，两个通道的NOx浓度差值正好与NH3的浓度相等。
　　1.2 化学发光法
　　该方法的原理是：让NO与臭氧发生化学反应，对产生的光强度进行测量，从而间接测量出样气中NO的浓度。反应方程式为：
　　反应首先生成高能级的NO2，高能级的NO2向基态NO2跳变的过程中释放出光子hv（紫外光）。光强度和NO2的浓度成正比。化学发光法准确度很高，可以检测到分子的个数级别。
　　2 装置结构
　　本装置由取样探头单元、反吹装置及伴热管路、预处理单元、分析仪单元等部分组成（图1）。取样探头抽取的样气，首先进入预处理单元进行处理，然后进入分析仪进行测量。反吹装置对探头及取样管路进行定期反吹。
　　2.1 取样探头单元
　　取样探头由探针、过滤器、NOx通道、NOx-NH3通道、催化剂、加热装置等组成。探针抽取的样气由过滤器过滤后分为两路：一路进入NOx-NH3通道；另一路进入NOx通道。加热装置将探头加热到最利于催化反应的350℃。
　　2.2 反吹装置及伴热管路
　　探头和预处理单元之间的管路采用伴热管线，通过电阻丝将管路加热至150℃，防止管路内的水蒸气冷凝引起堵塞。为防止探头过滤器及管路积灰堵塞，设置反吹装置进行反吹清洗。气源采用电厂仪用压缩空气，由PLC控制反吹管路电磁阀实现定期反吹。
　　2.3 预处理单元
　　预处理单元对样气进行除水、SO3等处理并稳定样气流量。NOx通道和NOx-NH3通道的两路样气分别经过一级冷凝器、驱雾器、转化器、过滤器、流量计、针型阀、采样泵和二级冷凝器进行预处理。驱雾器吸收样气中SO3产生的酸雾，转化器将样气中的NO2全部转化为NO。样气流量控制在1.5±0.25L/min的范围内。
　　2.4 分析仪单元
　　该单元由臭氧发生器、O2分析仪、标准气瓶、NO分析仪等组成。臭氧发生器产生并提供用于化学发光反应的臭氧。O2分析仪测量样气中的O2含量。标准气瓶用于分析仪的量程校准和零点校准。NO分析仪采用交替流动方式，让NOx通道样气、NOx-NH3通道样气、参比气（N2）交替进入同一个检测池，被同一个光源检测器检测。与采用两个检测池分别检测样气和参比气的方式相比，本方式从理论上消除了仪器的零点漂移和系统误差。
　　3 运行中存在的问题
　　3.1 设备运行环境差
　　锅炉上用于安装分析仪的分析小间，周边环境温度和湿度比较高，分析仪本身发热量也非常大。该房间内只配置一台壁挂式空调，没有设置除湿机，不能满足仪器的温湿度要求。
　　3.2 电源单一不可靠
　　氨逃逸监测装置是后来增加的系统，机组规划设计之初没有预留专门的供电回路。装置安装时从附近的检修电源箱引一路电源为其供电。检修电源箱没有设置双路电源，导致氨逃逸监测装置存在随时断电的风险。此外，当380V检修段上突然有大功率负载启动时，会造成该段母线电压瞬时大幅下降，影响氨逃逸监测装置正常工作。
　　3.3 反吹用气源不合要求
　　反吹的目的是清除探头上积聚的粉尘，要求压缩空气干燥无水无杂质，而且压力尽量高（不超过0.97MPa）。而空压机干燥器的处理能力有限，压缩空气含有一定的水分。反吹装置上的压缩空气过滤器只能人工排水，经常由于排水不及时造成探头过滤器和样气管路粘灰堵塞。此外，空压机至反吹装置的管路很长，压缩空气存在较大的压降，导致反吹效果不好。
　　3.4 喷氨过量时NH3测不准
　　如果脱硝系统运行中喷氨过量，脱硝率太高，造成出口烟气中NOx的浓度小于逃逸的NH3浓度。此时没有足够的NOx与NH3发生反应，NOx-NH3通道内减少的NOx量小于实际的NH3量，测得的NH3值小于实际值。然而，在实际生产过程中，当发生喷氨系统流量计不准、喷氨门调节不好或机组大幅降负荷等情况，喷氨量常常会大于实际需要量。
　　3.5 探头及样气管路极易堵塞
　　运行中经常出现样气流量过小甚至为零的现象，这些往往是由探头滤芯严重堵塞或者取样管路堵塞造成的。进一步分析发现，引起探头及样气管路堵塞的原因主要有：压缩空气反吹效果不好；管路加热装置偶尔不工作导致管路中水蒸气凝结；探头及管路定期清理维护不及时。
　　4 优化措施
　　4.1 改善设备运行环境
　　分析仪属于精密电子元件，对温度、湿度等环境条件要求高（一般温度为15～28℃，湿度为40%～70%）。因此，在分析小间配置2台空调、1台工业用除湿机，在分析仪机柜内安装温度、湿度仪，并将温湿度信号送至DCS画面，实现温湿度在线远程实时监视。
　4.2 优化电源回路配置
　　为提高电源供电可靠性，改用双路电源冗余布置，并配置自动切换开关，当一路停电时自动切换至另一路供电。两路电源分别取自380V锅炉A段和B段。此外，在供电系统中增加一台UPS装置，连接外置蓄电池，提高电源品质，同时在外部交流电全部失去后仍能对装置进行2小时供电。
　　4.3 改造压缩空气反吹装置
　　针对压缩空气不干燥且存在压降的问题，我们在反吹管路上加装储气罐并设置自动排水电磁阀（图2）。储气罐起到稳定压缩空气压力的作用。排水电磁阀由PLC控制，在每次探头及管路反吹前首先打开储气罐排水电磁阀排水3分钟。排水电磁阀关闭后，再进行吹扫，从而确保压缩空气干燥，防止探头过滤器或者取样管路积灰堵塞。
　　4.4 增加喷氨过量报警信号
　　根据装置的测量原理，对出口烟气中NOx浓度、实际NH3浓度和测量NH3浓度之间的关系进行分析，得出如下结论：①当实际NH3浓 度　　4.5 对重要参数进行远程监视
　　将取样探头加热温度、伴热管加热温度、冷凝器温度等重要参数分别以4～20mA信号送至DCS系统，进行远程监视和分析。根据这些温度信号判断探头加热装置、管路加热装置和冷凝器是否工作正常，一旦发现异常立即采取措施，防止水蒸气凝结造成堵塞。
　　4.6 强化设备管理维护
　　通过设备的精细化管理，及时掌握设备运行健康状况，尽早发现并解决设备存在的隐患，减少设备故障率，从而确保设备长期健康稳定运行。具体措施如下：
　　（1）完善设备台账，加强易耗件的备品备件管理，做好更换备件记录；
　　（2）每天组织维护人员对设备进行全方位的巡检，发现问题尽快处理；
　　（3）每月定期对取样探头过滤器进行清理，每月对分析仪进行一次人工零点校验和量程校验，并做好相关记录；
　　（4）每周对设备健康状况进行分析，对设备出现过的异常及故障情况进行分析、总结并记录。
　　5 结语
　　逃逸氨量是锅炉运行的重要参数之一，它测量的准确性及精度直接影响锅炉脱硝系统和空预器运行的安全性、稳定性和经济性。针对氨逃逸监测装置运行过程中出现的问题进行改造和优化后，其故障情况大幅减少。我们需要对氨逃逸监测装置出现的问题继续分析总结，不断改进和优化，保证其长期稳定工作。
　　【参考文献】
　　[1]武宝会，崔利.火电厂SCR烟气脱硝控制方式及其优化[J].热力发电，2013，42（10）：116-119.