宜清正，湯光華，孟慶博，丁廣華，楊 劍， 苗 豐，孔紅兵

(1.江蘇國信靖江發(fā)電有限公司，江蘇 靖江 214500；2.南京國電環(huán)?？萍加邢薰荆K 南京 210061)

便攜式氨表在氨法脫硫氨逃逸監(jiān)測中的應用

宜清正1，湯光華2，孟慶博1，丁廣華2，楊 劍2， 苗 豐2，孔紅兵2

(1.江蘇國信靖江發(fā)電有限公司，江蘇 靖江 214500；2.南京國電環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 南京 210061)

氨法脫硫是目前控制SO2排放中應用較廣泛的煙氣脫硫技術之一。為提高脫硫效率和經(jīng)濟效益、防止設備腐蝕、減少環(huán)境污染，必須準確檢測脫硫氨逃逸，減少氨逃逸和硫酸銨的損失。分析了氨逃逸檢測對煙氣脫硫的重要性，以基于可調諧二極管激光吸收光譜技術(TDLAS)的便攜式氨表為例，對比手工法，進行了實驗室和現(xiàn)場測試。結果表明，便攜式氨表在高濕、低溫的脫硫工況下運行穩(wěn)。

便攜式氨表；氨法脫硫；高濕低溫

0 引言

隨著我國火電行業(yè)的不斷發(fā)展，能源消耗也快速增長，生產過程中煤炭燃燒生成的SO2對環(huán)境造成的污染問題也日益嚴重。煙氣氨法脫硫作為煤炭燃燒后的脫硫方式，已成為目前控制SO2排放中應用比較有效的脫硫技術之一，也是比較經(jīng)濟的SO2控制方法[1]。氨法脫硫具有反應速率快、吸收劑利用率高、脫硫效率高、原料來源豐富、副產品經(jīng)濟價值高且運行穩(wěn)定等優(yōu)點，已得到了越來越廣泛的應用。在實際氨法脫硫應用過程中，由于高濕、低溫的惡劣工況，給氨逃逸的準確檢測帶來困難，煙氣脫硫效果較差。從某熱電廠脫硫系統(tǒng)調試運行情況來看，出口煙氣的含濕量較大，其中硫酸銨濃度高達280mg/m3，遠超國家標準要求。脫硫塔附近建筑物發(fā)生嚴重腐蝕，形成安全隱患，同時影響了周圍區(qū)域的生活環(huán)境，此外硫酸銨和氨的大量逃逸，降低了硫

酸銨產量，影響脫硫效果及經(jīng)濟效益[2-6]。因此準確檢測氨逃逸，減少氨逃逸和硫酸銨的損失是氨法脫硫工藝實現(xiàn)工業(yè)化的關鍵。

本文分析了火電廠煙氣脫硫監(jiān)測及氨逃逸檢測的重要性，以南環(huán)公司研制生產的LDAS-3000便攜式氨表為例，介紹了相關技術在煙氣氨法脫硫上的應用，并對比手工法進行現(xiàn)場比對測量。

1 氨法脫硫

氨法脫硫工藝是利用氨水吸收SO2最終生成副產物(NH4)2SO4的過程，反應中，(NH4)2SO3對SO2的吸收起主要作用，隨著反應的進行，(NH4)2SO3濃度逐漸下降，NH4HSO3濃度逐漸上升，溶液的吸收能力降低，為了保持脫硫循環(huán)溶液的吸收能力，需向混合液中定期補充氨氣進行中和，使吸收液中的NH4HSO3轉變?yōu)?NH4)2SO3，為了避免生成的(NH4)2SO3重新分解成SO2，(NH4)2SO3被風機鼓入的空氣強制氧化，最終生成副產物硫酸銨(NH4)2SO4[4-6]。

氨法脫硫實質上是氣液之間相互傳質傳熱并發(fā)生化學反應的過程，主要反應原理如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2 便攜式氨表的工作原理及特點

手工化學法原理是將氨吸收到稀硫酸中，在亞硝基鐵氰化鈉及次氯酸鈉的存在下，與水楊酸生成藍綠色靛酚藍染料，根據(jù)著色深淺，比色定量[7]。此法在檢測氨逃逸時，由于脫硫工況高濕、低溫，容易造成氨結晶和氣溶液的形成，使得化學法檢測中存在取樣損失、轉換效率低等問題，對氨值的測量影響較為明顯[8-10]；此外，手工化學法在取樣后需要到實驗室進行離線分析，分析的周期較長，無法滿足火電廠快速、準確測量氨逃逸的需求，這給火電廠脫硫氨逃逸監(jiān)測和優(yōu)化調整帶來了一定的難度[11]。

南環(huán)公司研制生產的LDAS-3000便攜式氨表基于TDLAS技術，采用近紅外波段可調諧激光二極管，結合波長調制技術，提取與氣體濃度相關的諧波信號，實現(xiàn)對NH3濃度的快速、準確測量，同時采用了全程高溫伴熱的直接抽取法保證了煙氣取樣的真實性，防止氨的吸附和NH4HSO4的結晶，能夠滿足煙氣脫硫低溫、高濕惡劣工況條件下氨濃度的快速、準確測量。便攜式氨表采用模塊化設計，系統(tǒng)分為前級預處理單元、主分析單元和后級處理單元。前級預處理單元包括兩級過濾芯、加熱探桿、加熱管線和高溫精過濾芯模塊。主分析單元包括控制單元、顯示單元和分析單元。后級處理單元包括除水單元、流量計和取樣泵。

本系統(tǒng)的結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構示意

3 實驗室性能測試

3.1 系統(tǒng)零點漂移

對便攜式氨表通入高純氮氣，檢測系統(tǒng)零點漂移，連續(xù)9天測試結果顯示其最大偏差0.2μL/L，零點漂移為2.0%。

3.2 系統(tǒng)量程漂移

對便攜式氨表通入氨氣(標氣值為20μL/L)，檢測系統(tǒng)量程漂移，共進行20次測試，測量結果最大偏差為0.3μL/L，量程漂移為1.5%。

3.3 響應時間

對便攜式氨表通入氮氣，直至測量值降到零點狀態(tài)，此時通入氨氣，記錄測量值達到18μL/L (滿量程的90%)的時間，共進行20次測試，響應時間最長約為70s。

3.4 系統(tǒng)準確度

為了驗證設備的測量準確度，使用質量流量計，將氨氣與氮氣混合，獲得7.98、10.1和10.3μL/L的氨氣濃度，進行系統(tǒng)準確度測試，其測量結果分別為7.9、9.9、和10.6μL/L，準確度較好。

3.5 系統(tǒng)線性

對氨氣(20、10μL/L)和氮氣兩種氣體用質量流量計按10%的比例遞增進行氣體分割，進行系統(tǒng)線性性能測試，結果見圖2。20μL/L量程內的氨濃度值測量結果最大誤差為1.0%，10μL/L量程內的氨濃度值最大誤差為2.0%。兩種量程內的氨氣線性非常好，線性相關系數(shù)均大于0.998。

圖2 便攜式氨表線性測試

4 現(xiàn)場測試

測試地點選在南京某熱電廠3號爐脫硫塔出口38m高煙囪處，進行氨逃逸檢測，并與手工法對比。LDAS-3000便攜式氨表采用加熱探桿、加熱管線、高溫精過濾芯模塊、加熱管線組成的前級預處理單元；手工法采用M&C取樣探桿，兩者在同一探測點同時取樣。便攜式氨表的取樣探桿溫度為280℃，加熱管線和高溫精過濾芯模塊溫度為300℃，取樣泵流量為4L/min。測量前用高純氮氣(N2)和標氣(10μL/L NH3)對便攜式氨表進行零點和量程檢查，數(shù)據(jù)見表1。

取樣過程中，等便攜式氨表抽取到的煙氣穩(wěn)定后，每2min記錄一次數(shù)據(jù)，每20min取平均值，最后抽空氣吹掃氣路，防止氣路中殘余的氨結晶吸附影響下次使用。手工法共取6個樣，測量數(shù)據(jù)如表2和圖3所示。

表1 測量前零點和量程檢查結果

檢查項目NH3/μL·L-1H2O/%光強零點(0μL/L)0.150.90.952量程(10μL/L)9.890.80.952

表2 脫硫氨逃逸測試數(shù)據(jù)

項 目手工法NH3/μL·L-1LDAS-3000NH3/μL·L-1H2O/%光強A0-0.121.100.952A131.1120.715.70.952A231.7135.915.90.952A332.9138.416.00.954A440.9151.115.60.954A538.9148.615.30.954A642.5156.515.40.954A7-0.081.200.945

圖3 現(xiàn)場測試曲線

測試結果表明，便攜式氨表與手工法測試兩者趨勢基本一致，同一時段便攜式比手工法測量結果大。考慮到前置預處理部分手工法溫度較低，易造成氨結晶，導致取樣損失情況發(fā)生，同時手工法原理本身存在的轉換效率等影響，可以認為這個差異是合理的。整個氨法脫硫測量中，便攜式氨表水分在14%附近，光強沒有明顯下降，綜上說明便攜式氨表在高濕、低溫的脫硫工況下能夠正常穩(wěn)定工作，且較手工法測量結果更為合適。

5 結語

便攜式氨表與手工法現(xiàn)場的比對測試，說明便攜式氨表儀具有較強的環(huán)境適應性，響應時間快，線性度好，測量準確度高，完全可以滿足高濕、低溫的脫硫工況下對氨逃逸的檢測需求。

[1]宋桂東,萬 皓,邵 申,等. 氨法煙氣脫硫中的氨逃逸[J].上海大學學報,2013(12):615-618.

[2]周飛梅,曹志勇,湯 治,等. 采用離子色譜法檢測電除塵飛灰中的氨含量[J].浙江電力,2014(6):43-47.

[3]閻 杰,崔 暢,解 鵬,等. 工業(yè)脫硝現(xiàn)場氨逃逸監(jiān)測系統(tǒng)[J].中國儀器儀表,2014(6):47-50.

[4]Fenn M E, Baron J S , Allen E B, et al. Ecological effects of nitrogen deposition in the western United States[J].BioScience,2003,53(4):404-420.

[5]陳茂兵,繆明烽,盧作基,等.氨法脫硫工藝物料平衡模型的研究[J].電力科技與環(huán)保,2011,27(2):46-48.

[6]介立勛,趙振寧. 利用SCR法控制燃煤電站NOx的排放[J].華北電力技術,2007(1):35-37.

[7]騰 農,段玖祥,郭 陽. 燃煤電廠煙氣脫硝裝置氨逃逸濃度的測定方法[J].電力科技與環(huán)保,2013,29(1):37-39.

[8]何 瑩,張玉鈞,王立明,等. 高溫氨逃逸激光原位監(jiān)測的濃度反演算法[J].紅外與激光工程,2014(3):897-901.

[9]張進偉,陳生龍,程銀平.可調諧半導體激光吸收光譜技術在脫硝微量氨檢測系統(tǒng)中的應用[J].中國儀器儀表,2011,31(3):26-29.

[10]鄭利武,趙國成,俞大海,等.激光微量氨分析系統(tǒng)在脫硝逃逸檢測中的應用[J].電力科技與環(huán)保,2015,31(5):60-62.

[11]許振寧,劉文清.可調諧半導體激光吸收光譜中的吸光度反演算法研究[J].光譜學與光譜分析,2010,30(8):2201-2204.

Application of portable ammonia analyzer in monitoring ammonia escape from flue gas after ammonia desulfuration

Ammonia desulphurization is currently one of the mainstream technologies in the world in order to control the emissions of SO2. We need to accurately detect the desulfurizing ammonia escape, decrease the loss of ammonia escape and ammonium sulfate, reduce the loss in order to improve the desulfurization efficiency and economic benefit. Ammonia escape detection is very important in ammonia flue gas desulfurization system. Taking the tunable diode laser absorption spectroscopy(TDLAS) portable ammonia escape analyzer as an example, the laboratory and field test has been carried on compared with the manual method. The results show that the portable ammonia escape analyzer maintain stable operation under the desulfurization condition of high humidity and low temperature.

portable ammonia escape analyzer; ammonia desulphurization; low temperature and humidity

國家重大科學儀器設備開發(fā)專項(2014YQ060537)；江蘇省科技成果轉化專項資金項目(BA2016064)

X701.3

B

1674-8069(2017)03-037-03

2016-12-09；

2017-01-12

宜清正(1982-)，男，江蘇揚州人，工程師，主要從事超超臨界燃煤發(fā)電機組熱控專業(yè)管理、大型燃煤發(fā)電機組環(huán)保設施管理工作。E-mail：yizhengjim@163.com