摘 要 随着我国经济的持续发展，能源压力逐渐紧张，为了缓解经济快速发展所带来的环境污染，我国要求使用燃煤机组安装脱硝装置，以降低氮氧化物的排放。燃煤电厂烟气排放量测定以检测断面的平均浓度为依据，测量的准确度直接关系到污染物排放总量及烟气脱硝系统效率的评估。为了保证测量结果的准确性，本文通过网格取样的办法，将网格取样装置安装在脱硝反应器出口烟道上，经过汇流入母管与电除尘入口烟道连接，通过压差带动烟气流动，烟气在母管内进行混合后进行取样测量，成功解决了单纯原位法氨逃逸测量不具代表、测量结果不准确的问题。
关键词 氨逃逸；网格取样；SCR
前言
脱硝是电厂脱硫后的又一大工程，当前，国内外应用较多的是催化还原法（SCR）和非催化还原法（SNCR）烟气脱硝，此两种方法均是向烟气中喷入还原剂氨，使烟气中的氨氧还原成氮。因受粉尘影响，光程需要控制在较短距离，所以原位式氨逃逸仪表普遍采用斜角安装，导致测量不具代表性。近年新起的抽取式NH3逃逸仪表因温度控制，氨吸附等问题，使用效果也没经得起市场的考验。已经有电厂发现催化剂经常性地发生中毒现场，脱硝后的空预热器开始出现结晶损坏现场，造成非常大的损失，各电厂都已经开始着手寻求新的监测办法。因此，为了要确保脱硝检测数据真实可靠及提高电厂的高效经济运行水平、真正做到脱硝合理的喷氨投自动，需要对烟气取样进行网格均匀取样改造。
1 氨逃逸当前状况
目前电力行业脱硝工艺基本上已经装配了氨逃逸在线分析系统，但在实际运行过程中这些氨逃逸在线分析系统往往存在着一些普遍性问题：首先，氨逃逸数据为0或某个固定值，或只有仪表自身噪声信号，没有真正检测出逃逸氨，给性能验收和环保验收带来麻烦；其次，增大或减少喷氨量，氨逃逸数据无变化，没有趋势相关性，无法为电厂控制喷氨流量提供科学的参考数据。为了NOX达到标准排放可能会喷氨过量，造成氨水浪费和形成大量铵盐，对后面的设备造成严重腐蚀；最后传统的氨逃逸 不能随时通标气进行验证，也不能确保检验数据的准确性。为了保证氮氧化物充分反应，提高脱硝效率，需要实现还原剂氨注入量的最优化。如果喷氨过多，则会产生氨逃逸，造成更严重的危害[1]。
2 氨逃逸测量存在问题
NH3测量与NOX测量一样面临测量不具代表性的问题，原位法采用斜角安装测量的是某个斜角的值，而通常斜角的流动性较差，测量结果存在滞后和不具代表性。抽取法采用的伴热管线取样，在一个截面积为20～60m2的烟道用1根6mm2或8mm2的小管抽样气，通常从取样探头到测量仪表还有一定的距离，现在通用的做法是采用伴热管输送，但伴热管加热温度有限，伴热管两端接头、仪表内部都无法加热，而烟气的散热速度较快，如此少的样气在经过无法加热部分时温度极易低于氨的结晶温度，无论是从其取样的代表性还是测量的准确性其结果都可想而知。抽取式氨逃逸另一种测量方法为抽取样气进行NOX还原测量，将烟气一路直接测量，另一路通过一催化剂后测量，利用反应前NOX与反应后相减得出NH3含量。NH3经过催化剂层且不能与NOX反应完全，经过仪表催化剂同样存在反应不完全的情况，所以测量结果可想而知，而且其价格昂贵。所以毫不夸张地说现在氨逃逸仪表没有准确的。
因NH3的冷凝点高，吸附力强，氨逃逸测量是一直困扰烟气在线测量的一项难题。测量NH3是一难题，但它不仅关系到脱硝率，还关系到设备的运行安全，所以也是一个不得不解决的问题。氨逃逸仪表使用者一直被这问题所困扰，国内CEMS仪表厂家与代理商都至力解决这难题，近年国内不涌现了不少氨逃逸仪表厂家，推出了各种各样的仪表，但效果不佳，都没经得起市场的考验。通过原位式激光分析法仪表在国外应用可以看出，原位式激光分析法的技术已经非常成熟，在国多点使用效果非常好才补引进到国内。为何同样的产品进入我国市场迟迟不能发挥其应有的作用，甚至于在很多厂安装的原位式氨逃逸仪表成了一个摆设，测量曲线成直线，甚至启机停机都是一个值。综合分析主要原因在于使用环境的差别上，国外燃烧的煤经过预处理，含灰量和水分都较少，原位仪表安装环境较好。
经各氨逃逸厂家与用户总结，一致认为氨逃逸仪表使用效果不佳的原因主要以下几点：①被测烟气中粉尘含量大，仪表激光透射率不足，无法测量。②为解决透射率不足的问题，很多原位式仪表采用了斜角安装，斜角安装具有烟气流动性不强，导致测量不具代表性。③因粉尘含量高，射率不够，靠缩短光程满足安装，但导致光程太短，测量下限和精度不够，数据忽高忽低。④因原位式分为发射端与反射端，烟道变形、胀差、振动都有可能导致激光对射不准，出现仪表无读数，数据跳变等情况。⑤因现场粉尘大，探头容易积灰，用压缩空气吹扫则容易出现压缩空气有水有油，使镜头面更难以清理。
仔细分析原位式NH3测量效果不好的原因归于光程短导致的测量不具代表性，国内烟气中粉尘含量太大导致透光率不够，从而引起的一连串后续问题[2]。
3 网格取样的实践
目前脱硝出口实际监测多采用单点取样测量方式，但由于烟道内部烟气成分分布不均、取样探头所在位置烟气成分不具代表性。受安装条件限制脱硝CEMS取样测点无法满足《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》GB/T 16157-1996中对测点位置的要求，也不满足热工取样测点的要求，导致测量数据与实际值存在较大偏差（部分SCR出口及烟囱数据普通偏差达到30%）。且存在环保数据不符合逻辑，脱硝出口NOX与脱硫出口NOX数据偏差大，前后数据有冲突的情况。致使运行人员无法将脱硝喷氨投入自动控制，只能进行手动喷氨。测量点时高时低，毫无规律，控制不当，极容易出现排放口超标排放。特别是在“超低排放”的运行状态下，更加大了氨逃逸超标的风险。过量喷氨生成具有粘附性、腐蚀性的硫酸铵和硫酸氢氨，堵塞空预器，影响发电机组安全运行。
基于烟气分布不均且易受負荷、风量影响。可以看出烟道内任一取样点都不足以代表烟气成分的真实测量值。体现脱硝烟道内烟气成分真实效果的办法唯有在烟道内分布多个测点取平均。氨逃逸仪表属于精密仪器，价格校高维护成本大，所以不可能采用多套仪表进行测量，值取平均。通过在烟道内均匀取样后混合再进行测量的方法最为合适。为实现真正做到均匀取样，拟将烟道截面均匀分成多个区域，在每个截面布置一取样点形成“网格取样”。
通过实验发现烟道内确实存烟气成分分布不均，导致取样不具代表性，从而引起仪表测量结果无法真实体现烟道内烟气成分的真实含量。由此可能引起一系列比较严重的后果，经过分析认为网格取样是解决此问题的最优方案。为解決取样不具代表性的问题，前文虽已提到采用网格法可以解决烟气成分不均导致的测量不准确的问题，具体如何实现还存在一定难度。
因存在喷氨不均匀，催化剂效果不一致，烟气从脱硝反应区出来NH3含量存在较大偏差，因直管段不够长来不及混合，又因烟道内部支架，风门，变径等使烟气在烟道内紊流严重。要达到一个好的效果须保证一定的取样孔数量，在保证取样孔数量的前提下还需保证每个取样孔抽取到的样气量一致才能确保网格取样实现真正均匀取样，也只有这样均匀取样的精度才得以保证。解决方案为先计算后进行模拟实验。在脱硝出口烟道相对较长，弯头变径等对流场影响较小的地方定为网格安装点。详细测量烟道尺寸，在截面均匀分布16～32个取样点。为了实现每个孔取样量一样，通过计算孔距与材质粗糙度计算出大致孔径后进行实验修正，通过在实验室模拟不同负荷不同风量的情况下对每个孔的流量进行孔径大小调整，通过最后修正网格取样单孔进气量偏差达到了4%以下。每个取样孔流量一致后，进入母管后经过充分混合后再次取样，这样即保证了取样的均匀性，又满足了环保对测点的要求[3]。
4 结束语
综上所述通过网格取样装置实现了烟气均匀取样，使烟气具有代表性。通过网格取样杆背向开孔、粉尘导流、扩散速度与流速速度差手段将烟气中粉尘含量大大降低，使光程就加长，测量结果更平稳，从而仪表的精度也大大提高。通过设计成Y形，适当降低了烟气流动速度，可以帮助粉尘分离，又不会因为流通面积过大而导致测量结果滞后。由于流通池为由下向上抽取样气，NH3仪表甚至不用吹扫探头，而不至于探头积灰影响测量。根据我们之前装网格取样的经验，正常保温后烟气从烟道到流通池的温降不超过20℃，测量筒烟气温度在330℃左右，不存在普通抽取式氨结晶吸附等问题。综上所述，原位式NH3的线仪表采用网格取样与Y形流通池是解决氨逃逸测量最为可行的办法。
参考文献
[1] 李婷彦.多点网格取样在火电厂脱硝烟气监测中的研究与应用[J].仪器仪表用户，2016，23（12）：83-86.
[2] 何鹏晟，王秋生，刘凤明.火力发电厂脱硝烟气监测取样网格化改造[J].自动化应用，2015，（09）：20-21.
[3] 周国民，唐建成，胡振广，等.燃煤锅炉SNCR脱硝技术应用研究[J].电站系统工程，2010，26（01）：18-21.
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