知识分享 | 浅析火电厂脱硝系统氨逃逸监测的难点

为防止锅炉燃烧产生过多的 NOx 污染环境，脱硝技术在火力发电厂已广泛应用。

脱硝过程中由于 NH3/NOx 摩尔比、氨气和氮氧化物分布不均匀性、负荷、温度、催化剂性能等因素影响都会导致氨逃逸率较大。

逃逸的氨气与烟气中 SO3 反应生成 NH4HSO4，该物质具有很强的粘性和腐蚀性，不仅会影响催化剂活性，而且会引起空气预热器腐蚀和堵塞，甚至引起不必要的停机；此外，较大的氨逃逸率也会增加脱硝系统的运行成本，而且逃逸的氨气也会对灰分和大气造成污染。

脱硝系统的理想运行状态是在 NOx 满足国家排放标准的前提下，使氨逃逸率维持在最低水平，因此准确、灵敏、快速监测氨逃逸率是脱硝系统优化运行数据基础。

一、燃煤电厂烟道简介

对于火电厂，由于空预器的 NH4HSO4 现象，监测氨逃逸必须是在空气预热器之前。空气预热器的位置是布置在除尘和脱硫之前。

二、空气预热器之前的烟气和烟道有如下特点：

1）粉尘非常含量特别高。相对于美国燃煤电厂，中国燃煤电厂由于煤质和锅炉工艺原因，烟气中粉尘量通常高达20g/m3-50g/m3，相当数量的电厂粉尘量高达50g/m3以上。而美国电厂的粉尘量通常在10g/m3以下。

2）烟气温度高。烟气温度通常在350℃到400℃，这也是SCR催化剂的工作温度。

3）烟道为1cm的厚钢板矩形结构，通常对于一个350MW机组，烟道为A和B双烟道布置，矩形界面的长和宽通常为10米和5米。锅炉负荷的变化会导致烟气温度、压力和流量的变化，这种矩形钢板结构的烟道会产生相应的形变。

三、氨逃逸率检测难点分析：

由于火电厂的实际运行工况，烟道环境复杂，氨逃逸的特性，测量系统等问题，这些因素都增大了氨逃逸测量的难度，总结来说存在如下问题和检测难点：

1）烟气粉尘太大的问题

烟气中高达20g/m3-50g/m3的粉尘导致对射式（in-situ）的激光气体分析仪的激光不能够穿透整个烟道，有时在安装调试时能够穿透烟道，但是当锅炉负荷增大时，激光光束就不能通过，导致检测中断。另外锅炉吹灰也会导致激光光束不能通过。对于探杆式的激光分析仪，由于依靠烟气渗透进入探杆的过滤管，在如此高的粉尘下，探杆过滤管也容易堵塞，维护量很大。

2）低温易反应的问题

燃煤电厂的 SO3 含量通常都在 50ppm 以上，有些电厂由于使用高硫煤，SO3 的含量甚至高达 200ppm。SCR 中使用的催化剂含有 V2O5 成份也对SO2 转化到 SO3起到催化作用，也导致了 SO3 含量的提高。根据 NH4HSO4 形成温度区间表可知，当氨逃逸 3ppm，SO3 在 50ppm 到 100ppm 之间时，NH4HSO4 的生成温度在 220℃ 和 230℃ 之间。对于传统的抽取式分析系统而言，采样管线和检测池很难加热到如此高的温度，并且在采样环节上任何细小位置的温度低于此温度区间都会导致 NH4HSO4 的生成，导致氨气损失甚至完全消失。

3）氨逃逸易吸附问题

由于氨的化学特性，氨极易吸附于铁制品及不锈钢制品上，氨逃逸监测设备的取样装置一般为不锈钢材质，在取样过程中，氨会有一部分吸附于取样装置上，这样就会导致实际测量的氨逃逸更低；在浓度小、取样管线长的氨逃逸监测设备上，由于氨逃逸吸附特性，很可能监测不到氨逃逸的浓度。

4）氨逃逸检测灵敏度不够的问题

对于激光光谱分析仪而言，NH3 的吸收光谱随着温度的提高吸收峰会减弱，灵敏度会随之降低。在 350℃ 到 400℃ 的烟气温度下，每米光程的灵敏度大约在 1.5ppm，对射式激光表由于烟气粉尘过大通常会安装在烟道对角位置，把光程控制在 1-2 米之内，这样氨逃逸的检测灵敏度最好的情况也只能达到大约 1ppm，这对于 0-3ppm 的氨逃逸检测范围来说，显然灵敏度是不够的。对于稀释法的化学发光 NOx 分析仪法的氨逃逸分析系统而言，由于氨逃逸本身含量很低，通过 10-100 倍的稀释以及氨气转换炉的转化损失以及采样管路的损失，基本上很难检测到 3ppm 以下的氨逃逸。

5）氨逃逸分析仪的校正问题

用户不容易获得准确的低浓度氨气标准气体，现场定期标定非常困难，难以验证测量仪表的准确性，致使测量数据证明能力不足。

6）逃逸的氨在烟气中分布不均的问题

氨逃逸的分布不均是造成空气预热器堵塞的主要原因之一。原因来自喷氨喷嘴的故障以及喷嘴分布，也有来自催化剂层的安装不严密，导致烟气没有通过催化剂层而进入下游烟道。逃逸氨分布不均的严重情况是一两米的间隔逃逸氨相差几倍。无论是对射式激光表的平均浓度还是单点抽取式都不能很好的反映真实的氨逃逸分布，从而给SCR的喷氨优化造成困难。

脱硝过程中由于 NH3/NOx 摩尔比、氨气和氮氧化物分布不均匀性、负荷、温度、催化剂性能等因素影响都会导致氨逃逸率较大。逃逸的氨气与烟气中 SO3反应生成 NH4HSO4，该物质具有很强的粘性和腐蚀性，不仅会影响催化剂活性，而且会引起空气预热器腐蚀和堵塞，甚至引起不必要的停机；此外，较大的氨逃逸率也会增加脱硝系统的运行成本，而且逃逸的氨气也会对灰分和大气造成污染。准确分析氨逃逸监测的难点，一方面可以为精准氨逃逸监测提供学术方面的资料，另一方面以便于更好的分析、设计、研发可以准确监测氨逃逸的设备。

氨逃逸在线分析系统是天禹智控自主研发新型在线监测系统，该产品基于可调谐激光吸收光谱技术（TDLAS）的原理，可测量 NH3、H2S、HCL、HF 等气体浓度。

预处理系统采用热湿法设计，该系统具有灵敏度高、响应速度快、不受背景气体干扰、非接触式光学测量等特点，为实时准确地反映逃逸氨的变化提供了可靠保证。

产品特点● 采用热湿取样方法，不受现场安装条件的限制，适用性广，使用和维护简单；● 可靠的长光程加热气室设计；● 超低浓度测量，分辨率可达0.1ppm；● 高温取样，涂层气室，取样损失小于0.1ppm/米；● 免标定设计，维护简单，使用成本低；

典型应用广泛应用于燃煤发电厂、水泥厂、铝厂、钢铁厂、冶炼厂、玻璃厂、垃圾发电厂、化工厂等SCR或SNCR脱硝装置的氨气逃逸排放监测和过程控制。