脱硝氨逃逸浓度监测技术分析_康玺

脱硝氨逃逸浓度监测技术分析

康玺，吴华成，路璐，钟智坤

（华北电力科学研究院有限责任公司，北京100045）

摘要：目前国内外用于烟气脱硝系统氨逃逸监测的方法主要包括在线仪器分析法和离线手工分析法两大类。本文在查阅大量氨逃逸监测技术相关资料的基础上，重点针对原位式激光分析法、稀释取样法、抽取式激光分析法等在线氨逃逸监测技术从工作原理、优缺点等方面进行综合论述；对靛酚蓝分光光度法、离子选择电极法、纳氏试剂分光光度法、容量法、离子色谱法等烟气采样离线分析法的分析原理、分析精度等方面进行简要论述。为电力企业了解脱硝氨逃逸监测原理、设备选取、结果分析等方面提供理论基础。

关键词：火电厂；脱硝；氨逃逸；监测

中图分类号：TM621．8文献标识码：B DOI：10．16308/j．cnki．issn1003-9171．2015．01．013

Analysis on Denitration Ammonia Escape Monitoring Technology

Kang Xi，Wu Huacheng，Lu Lu，Zhong Zhikun

（North China Electric PowerＲesearch Institute Co．Ltd．，Beijing100045，China）

Abstract：There are two types of ammonia escaping monitoring technologies as online instrument analysis and sam-pling and off-line analysis of gas．In this paper，specific method of the two types were aggregated and compared．The laser in situ analysis，dilution sampling method and removable laser analysis belong to online analysis type，while the off-line analysis type includes indophenol blue spectrophotometry method，ion selective electrode method，Nessler’s reagent spectrophotometric method，and volumetric method and ion chromatography method．Theories and application features of these methods were discussed，aimed to provide the theory basis for power enterprise to understand and apply about ammonia escaping monitoring technologies．

Key words：power plant，denitration，ammonia escape，monitoring

1脱硝氨逃逸由来及危害

在火力发电厂锅炉脱硝技术中，选择性催化

还原法（SCＲ）为目前应用最多，最成熟、最有效

的一种烟气脱硝技术［1-2］。基本原理为通过向反

应器内注入NH3与氮氧化物发生反应，产生N2

和H2O［3］。主要反应方程式如下：

4NO+4NH

3+O

2

→4N2+6H2O

2NO

2+4NH

3

+O

2

→3N2+6H2O

6NO

2+8NH

3

→7N2+12H2O

NO+NO

2+2NH

3

→2N2+3H2O

从某种意义讲，SCＲ反应器就是氨反应器。生产过程中，氨注入得过少，就会降低NOx的脱除效率；氨注入得过量，不仅将使成本增加，反而因为过量的氨导致NH3逃逸出反应区，逃逸的

NH

3会与烟气中的SO3发生副反应生成硫酸氢

铵和硫酸铵。还会导致以下几个问题：（1）空气

预热器换热面的腐蚀；（2）飞灰污染；（3）催化剂

的腐蚀；（4）环境污染。其中，最主要的是对空气

预热器换热面的腐蚀和对飞灰品质的影响［4-5］。

为保障脱硝系统的经济、高效运行，在

DL/T260—2012燃煤电厂烟气脱硝装置性能验

收试验规范中明确规定氨逃逸浓度为一项重要

的性能考核指标，必须对氨逃逸浓度进行严格的

监测和控制［6］。我国目前已建、在建和科研设计

中的氨逃逸浓度一般要求不超过3ˑ10－6。

2氨逃逸分析方法

脱硝氨逃逸浓度的量级一般都是几个ppm，

对其准确测量比较困难。目前国内外用于烟气

脱硝系统氨逃逸监测的方法主要有在线仪器分

析法和离线手工采样分析法。在线仪器分析法

大致又可分为3类：抽取法、激光法和稀释法。离线手工采样分析法主要为化学分析法、电化学分析法、离子色谱分析法等。

2．1在线仪器分析法

2．1．1原位式激光分析法［7-11］

原位式激光分析法是基于可调二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术的激光光谱气体分析系统。利用激光的单色性对特定气体的吸收特性进行分析。发射与接收单元通常设计成探头的结构，直接安装在SCＲ出口烟道的一侧（对角安装）或两侧，激光通过发射端窗口进入烟道，接收探头通过光电检测器接收被吸收后的激光信号，并转化为电信号，通过电缆输出到中央处理器，进行信号处理。当激光通过烟气时，特定波长的激光被烟气中NH3吸收，吸收程度信息保留在光信号中，即形成吸收光谱，通过对吸收光谱的分析最终得到NH3的浓度信号。

原位式激光分析仪具有较好的选择性和较高的灵敏度。但是，在电厂实际运行过程中也暴露出一些缺点，如：（1）烟气含尘量的影响。火电厂SCＲ出口烟气中含尘量都较高，由于分析仪发出的激光功率较低，透射不足，光程受限于烟气中的烟尘，目前分析仪的光程和烟气含尘量还没有定量关系，随着烟气含尘量的增加光程缩短，光程太短会影响分析的精度。（2）仪表现场安装问题。受现场烟道实际布局条件的限制，仪器发射与接收探头多数不能水平或垂直对穿烟道进行安装，而是与烟道成一定角度倾斜安装。另外，仪器发射与接收探头安装时要求严格中心对准。但是锅炉在启停机和运行工况发生变化时，测量探头易受钢制烟道壁振动及温度变化的影响，使测量不稳定或产生指示飘移。（3）仪器工作环境的影响。火电厂脱硝SCＲ出口烟气温度一般在310 350ħ。在这种环境下工作的分析仪，需要采用鼓入冷却风来控制探头的温度，冷却风机向探头鼓入冷却风进行冷却，冷却风一定程度上也会影响分析仪的分析精度。（4）探头磨损影响。由于探头被布置在原烟道中，探头比较容易受到烟气中烟尘的冲刷而受到污染，影响分析仪的测量精度。

2．1．2稀释取样法［8-11］

稀释取样法是美国环保署EPA的优选方法。其原理为取样烟气经压缩空气按比例稀释后送入烟气分析仪分析，实际运行过程中，稀释比多采用1ʒ100，稀释取样法采用的烟气分析方法是化学发光法。当样品中的NO与O3混合时生成激发态的NO2与O2。激发态NO2在返回基态时发出红外光。这种发光的强度与NO的浓度成线性比例关系。由于该反应只能由NO完成，因此要测量氨逃逸需要把烟气中NH3通过转化炉转化为NO。

样气进入分析仪后分两部分进行分析：一部分样气中的NH3和NO2在750ħ的不锈钢转化炉内全部被氧化成了NO，然后进入烟气分析仪测得总氮浓度（NT）；第二部分样气先经除氨预处理器得到不含氨的样气。除氨后的样气又分两路进行分析：一路经325ħ的转化炉把NO2还原成NO，由分析仪测得NOx浓度；一路不经过任何转化进入分析仪，测得NO浓度。这两路的NO 经过计算得出NOx的总含量。最终可计算得到氨逃逸量：NH3=NT－NOx。

稀释取样法具有以下优点：（1）采样烟气传输速度快，保障了分析数据的及时性。（2）样气经过两级过滤，去除了烟气中的大量烟尘，有效减少了烟尘对系统的危害，仪器维护工作量少。（3）稀释法取样探头的安装简单，有效降低了仪器安装维护难度。（4）全系统校准，可有效保证其测量精度。但在实际使用过程中，也暴露出一些需要考虑的问题：（a）取样过程高温烟气中氨损耗，主要源于高温下探头和NH3的接触反应、NH

3

的吸附和氨盐的形成。（b）转化炉转化率问题，主要由于氨去除器不能保证完全除去氨气，同时NO发出的红外光检测存在偏差。（c）氨与不同物质接触，在不同的温度下转化为NO的比率有很大差异。

2．1．3抽取式激光分析法［9-11］

抽取式激光分析法的分析原理与原位式激光分析法相同。主要区别是对原烟气进行了前期预处理。即在采样泵的作用下，原烟气通过高温探头过滤掉大量粉尘颗粒，再经180ħ恒温伴热管将烟气运输到样气分析室，在分析室前设置二次过滤和标气验证阀，便于验证数据准确性。整个烟气采样流路采用高温伴热，避免水汽冷凝污染流路以及铵盐结晶堵塞流路。在高温环境下，分析室内的烟气样品利用激光法测量氨气含量。