【摘 要】介绍现有脱硝氨逃逸在线监测技术及其使用情况，并以单端插入原位封闭腔式氨逃逸在线监测设备在电厂脱硝系统上的应用，通过现场对比试验，采集历史曲线进行对比分析，论证了单端插入原位式氨逃逸在线测量的适用性及先进性。
【关键词】单端插入原位封闭腔式；氨逃逸；脱硝；应用
1背景
SCR选择性催化还原法是目前国内燃煤电厂普遍采用的脱硝工艺，其基本原理是利用还原剂在催化剂的作用下有选择性地与烟气中的NOx发生化学反应生成N2和H2O的方法：
NO+NO2+2NH32N2+3H2O
其中，还原剂为液氨、尿素或氨水。
没有完全反应的NH3会随着烟气逃逸出催化剂层形成氨逃逸。另外，由于催化剂的安装不严密，也有可能部分的NH3随着烟气从催化剂层的连接缝隙处逃逸出催化剂层。特别是在当前严格的环保要求下，电厂为了保证出口烟气中NOx不超标，往往会增大还原剂的喷入量，这就加剧了脱硝出口氨逃逸超标的问题。
对于燃煤电厂而言，氨逃逸最大的危害在于其会与烟气中的SO3发生化学反应，生成硫酸氢铵。硫酸氢铵在一定温度下（根据不同工况在270℃左右）呈现液态，具有很强的粘性。而脱硝下游的空预器正好处于这一温度区间，液态的硫酸氢铵会附着在空预器的表面，并吸附烟气中的烟尘，造成空预器前后压差增大，严重情况下回堵塞空预器。空预器的压差增大甚至堵塞，会严重危害锅炉的运行安全，电厂必须停炉清洗空预器，造成很大的经济损失。
因此，准确有效地监测脱硝尾部氨逃逸量，及时为喷氨调整提供可靠的数据支持，对于电厂的安全、经济运行具有极其重要的现实意义。
2现有氨逃逸在线监测设备测量技术
目前市场上常见的氨逃逸在线监测设备测量技术主要是可调谐激光光谱分析技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy ，TDLAS），它是利用窄带激光扫描气体分子的吸收谱线，通过分析被气体分子吸收后的激光强度得到待测气体浓度等参数（如下图所示）。与传统红外光谱技术不同，半导体激光光源的光谱宽度远小于特定气体吸收谱线宽度，可以避免了背景气体间的交叉干扰。由于TDLAS技术具有抗干扰能力强、非接触式测量、响应速度快和灵敏度高等特点，使得该技术已成为氨逃逸在线检测的主流方法。
3氨逃逸在线监测设备测量方式
目前，基于TDLAS技术的氨逃逸在线监测装置测量方式主要有原位对射式、抽取伴热式、单端插入原位封闭腔式。
3.1原位对射式
直接将发射与接收探头分别安装在SCR出口被测烟道两侧，由发射探头发出激光，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。
此测量方式在平时运行过程中易受烟尘、烟道振动等影响，经常性的发生无信号输出和信号跳变等故障，维护量大。
3.2抽取伴热式
采用抽取采样，将烟气由烟道中抽取出并经除尘、净化后进入气体分析室，然后利用TDLAS进行检测。
此测量方式在平时运行过程中采样探头的滤网和抽气管路极易堵塞，伴热带加热存在火灾隐患；被测气体因管路吸附、与SO2等物质反应导致氨逃逸损失，无法获得烟气中氨逃逸的真实值。
3.3单端插入原位封闭腔式
单端插入原位封闭腔式的测量方式，其测量单元通过固定法兰安装在烟道单侧，采用单端插入方式。测量气室集成在测量单元内部，随测量单元插入烟道内部，实现原位测量。
此种测量方式整个测量过程均在烟道内部完成，被测气体接触部分温度均超过250℃以上，可以完全避免因NH3与SO3反应产生NH4HSO4导致采样损失，同时可实现在线校验，维护量低。
4单端插入原位封闭腔式氨逃逸在线监测设备
单端插入原位封闭腔式氨逃逸在线监测设备是一款专门针对SCR脱硝反应器后部高温、高风速、高尘环境下氨逃逸量进行精确测量的新型原位式激光监测设备。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设备采用单端插入原位封闭测量腔式的测量方式，实现了脱硝反应器后部氨逃逸量的精确、多点、同步、实时在线监测，监测数据可实时上传DCS系统，为精细化喷氨调整提供依据，降低设备腐蚀、提高脱硝效率，实现节能减排和设备安全高效运行。
它主要由氨逃逸分析主机和测量单元组成。测量单元通过固定法兰安装在烟道单侧，1个烟道可安装多套测量单元，每套测量单元都设有独立的激光发射接收检测单元、测量探杆以及信号处理模块，完全具备独立检测和信号处理等功能。
测量单元在烟道上的安装方式
采用单端插入原位封闭腔式的测量方式，即测量气室集成在测量单元内部，随测量单元插入烟道内部，实现原位测量。同时，测量气室采用密闭结构，在进气窗口安装有高密度耐高温过滤器，被测气体可正常通过过滤器进入测量气室，烟道中的飞灰完全被阻挡在过滤器以外。
5单端插入原位封闭腔式氨逃逸在线监测设备在市场上的应用
以某电厂AEMS10型单端插入原位封闭腔式氨逃逸在线监测设备为例，针对其测量准确性等进行相应验证对比试验（6个月）。
5.1现场运行曲线
从上述各参数的监测曲线可知，氨逃逸在线监测系统所检测的氨逃逸值与NOx值、喷氨阀门的开度、喷氨量等参数均保持了很好的一致性，反应了该监测系统对氨逃逸量进行检测的准确度和及时性。
5.2与进口设备对比曲线
由氨逃逸在线监测系统与某进口设备的现场对比情况可知，当脱硝系统中其他相关参数发生变动时，系统检测结果能够快速响应系统参数的变动，而相对应的某进口设备却发生了严重的测量不准确和响应速度严重滞后的情况。由此可见，系统可完全实现对脱硝系统中氨逃逸进行同步实时监测，为精细化喷氨提供可靠的依据。
5.3测量单元氨逃逸监测精度验证
现场将标气通入测量单元内部，在线检验测量单元的检测准确度。对1号机组AB两侧烟道的测量单元进行验证，采用中国计量科学院生产的NH3为10ppm标气（背景气N2）现场检测数据如表1所示。
表1现场检测数据
安装位置 测量单元编号 标气浓度 实测浓度 误差
A侧烟道 1 10ppm 9.6 -0.4
2 9.7 -0.3
B侧烟道 1 10ppm 10.5 +0.5
2 9.4 -0.6
从上表可以看出氨逃逸实测误差在允许误差范围内。
综上所述，从氨逃逸在线监测设备正常运行6个月后的氨逃逸动态监测曲线一致性和使用标气比对测量单元检测准确度验证等结果可以得出，现场安装的AEMS10氨逃逸在线监测设备的测量结果可信，准确度高。
6结论
单端插入原位封闭腔式氨逃逸在线监测设备实现可同工况下真正原位测量，克服了市场上其它测量方式存在的一些问题，具有以下优点：
1) 所有被测样气的温度均为烟道内部烟气温度，避免因NH3与SO3反应产生NH4HSO4导致采样损失；
2) 由于没有采样管线，被测气体可直接进入多次反射池，避免采样损失。
3) 采样探头安装超精细过滤器，过滤后的气体非常洁净，光学镜片维护量低。
4）系统工作中全程无需高温伴热、不存在所谓的冷点，被测烟气温度全程与脱硝出口烟气温度一致，实现了绝对的同工况测量。
参考文献：
1 郝志国，宋艳珂。基于TDLAS技术的氨逃逸检测设备研究【J】 电力安全技术，2017,（9）：31-35。
2 潘栋，牛国平，丁嘉毅。火电厂SCR脱硝装置氨逃逸测试方法对比研究【J】 中国电力 2014
论文作者:刘健
论文发表刊物:《中国电业》2019年21期
论文发表时间:2020/3/10
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