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脱硝系统氨逃逸分析仪测量技术存在的问题及优化方案
时间:2019-12-02 10:47:45

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介绍了目前 种常见的火电厂脱硝系统氨逃逸分析仪测量技术,着重分析了激光光谱测量和化学发光法测量技术中存在的问题和产生的原因,并提出了 3 种优化解决方案。方案提高了氨逃逸分析仪测量技术的可靠性和精准度,对日后氨逃逸分析仪的选型及运行维护具有一定参考价值。

自 2006 年开始,为适应更为严格的环保要求,我国燃煤机组已逐步加装了脱硝系统。作为典型的脱硝、除尘、脱硫三大火电机组烟气净化环保设施之一,脱硝装置是烟气净化的第一级装置,主要用于限制 NOx的排放。

原始的脱硝装置采用的是粗放式运行,为了控制 NOx,脱硝装置往往喷氨过量,造成氨逃逸。逃逸的氨与烟气中的 SO3反应生成 NH4HSO4,当烟温在后续烟道降低时NH4HSO4就会附着在空气预热器( 以下简称空预器) 和飞灰颗粒物表面,从而造成空预器的腐蚀和堵塞。NH4HSO4还会沉积并积聚在催化剂表面,引起催化剂的失活。氨逃逸还造成一定的资源浪费。因此,氨逃逸率作为脱硝运行状况的重要指标须由氨逃逸分析仪准确测量。

1 氨逃逸分析仪基本原理

氨逃逸分析仪大多采取激光光谱测量或化学发光法测量技术。

1. 1 激光光谱测量技术

激光光谱测量技术采用可调谐半导体激光吸收光谱( TDLAS)进行测量。当激光二极管的光通过被测量气体时,其波长可调谐成被测气体的吸收波长,此光被调谐波长扫描,并由光二极管把透过的光信号记录下来,由计算单元计算吸收光的信号大小,进而得到气体的浓度。

1. 2 化学发光法测量技术

使用化学发光法测量的分析仪取样探头包含多个测量通道,分别为 NO,NOx和 NO - NO2- NH3通道。NOx通道配置了转换器,在 325 ℃ 高温下可将 NO2转换为 NO。NO - NO2- NH3通道配置了转换模块,在 750 ℃ 高温下可将 NO2和 NH3转换为NO。

首先,外置蠕动泵抽取样气至 3 个不同的测量通道中,NO,NO2,NH3组分在对应的测量通道内转化为 NO 后分别进入分析仪反应室,转换过程如式( 1) —( 3) ,在反应室中和分析仪内部臭氧发生器生成的臭氧混合,NO 与臭氧发生化学反应产生受到激励的 NO2和一种特有的光 hv,这种光的强度与NO 的含量呈线性关系: 当受到激励的 NO2分子衰减至较低的能量状态时便会发光,分析仪内光电倍增管将会检测这种光,转而产生成比例的电信号,此电信号将由微处理器处理成 NO 含量读数。

通过 3个测量通道,分别可以获得 NO,NOx( NO + NO2) 和NOt( NO + NO2+ NH3) 的含量。此可以推得: NO2的含量由 NOx通道获得的含量减去 NO 通道获得的含量; NH3含量由 NO - NO2- NH3通道获得的 NOt含量减去 NOx通道获得的 NOx含量。

2 激光光谱测量技术及存在的问题

激光光谱测量技术又分为原位式安装测量法和抽取冷凝测量法。

2. 1 原位式安装测量法

原位式安装测量法利用发射端发出一束光源( 如红外光或紫外光) 穿过被测介质,根据其另一端接收或反射的情况进行测量。纵观国外脱硝技术发展历程,原位式安装测量法的技术已经比较成熟,但在实际应用上还存在以下几个方面的问题。

( 1) 由氨逃逸检测装置的测点位于电除尘器前,烟气中粉尘量大、仪表的激光透射率不足,无法准确测量。

( 2) 为解决在烟气流动通道中透射率不足的问题,很多原位式分析仪采用了斜角安装的方式。由于烟道在斜角处的流动性不强,存在烟气流场分布不均等问题,加之仪表的激光光程短,使得测量数据忽高忽低,测量效果较差。

( 3) 分析仪包括发射端和反射端,振动、热膨胀或沉降等原因会造成发射端与反射端不在同一直线上,出现激光对射不准、仪表无读数或数据跳变等情况,影响仪表的正常使用。

( 4) 烟气通道粉尘含量大,分析仪的发射端与反射端探头表面容易积灰,造成发射端与接收端镜片堵塞,增加维护量( 维护周期一般为 1 ~ 2 周) 。

( 5) 原位测量需要对激光进行反射,而反射镜片就安装在探入烟气通道内部的分析仪前端,烟气通道内温度变化频繁会导致分析仪前端密封元件产生形变,容易使仪表前端镜片磨损,分析仪的正常运行需要频繁更换镜片,镜片寿命最多为 3 个月,更换费用在 2 万 ~ 4 万元/次,一般每台机组 1 年的维护费在8 万 ~ 16 万元,分析仪后期运行维护费用较高。


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