內蒙古某電廠逃逸氨濃度測試與灰分影響分析
摘要：燃煤電廠選擇性催化還原(SCR)脫硝系統氨逃逸問題普遍存在，為良好控制逃逸氨濃度，采用靛酚藍分光光度法在現場對煙氣中氨濃度進行了測試。以內蒙古某200MW級燃煤機組氨逃逸性能試驗為例，詳述了靛酚藍分光光度法現場測試的操作方法與流程，并將試驗結果與現場在線儀表數據進行了比較，同時分析了煙氣中飛灰對該方法測試結果的影響。結果表明，現場測試可獲得不同取樣點逃逸氨的濃度，對噴氨控制有利；樣品中灰分的存在會大幅提升吸光度值，使測試結果偏高，采樣過程中需嚴防灰分進入樣品，以便獲得正確的分析結果。
0引言
過量的氨逃逸會給電廠帶來一系列風險，準確監控逃逸氨濃度以控制噴氨量，對電廠的安全與經濟運行至關重要。
目前，電廠檢測煙氣中氨濃度的方法主要有激光原位法和抽取采樣法。其中，激光原位法往往受粉塵和振動等現場條件制約，在測量時存在較大偏差，且易出現跳變現象。實際逃逸氨濃度多依靠定期的手工測試進行檢驗修正，即通過現場多點抽取采樣，樣品在實驗室條件下進行分析。實驗室分析方法有靛酚藍分光光度法和離子色譜法等。不同的方法在時效性、準確性及抗干擾性方面存在一定的差異。
本文以內蒙古某電廠逃逸氨測試為基礎，闡述靛酚藍分光光度法現場取樣及試驗室分析具體的操作流程與方法，并與現場表盤在線數據進行比對;受限于現場條件，將粉塵對測試結果的影響考慮其中，探索了樣品中灰分對靛酚藍分光光度法的影響，為后續現場逃逸氨測試提供依據。
1內蒙古某電廠脫硝設備現狀
內蒙古某燃煤電廠某機組裝機容量為200MW，布置2臺SCR反應器，每臺反應器初裝2層催化劑，1層備用。SCR脫硝裝置設計入口NOx質量濃度450mg/m3(標準狀態，下文與體積相關的數值均已換算至標準狀態)；設計脫硝效率不低于80%，逃逸氨體積分數小于3x10-6；采用液氨制備脫硝還原劑。對脫硝系統逃逸氨進行現場采樣，并用靛酚藍分光光度法測算逃逸氨濃度。
2材料與方法
2.1測試原理
煙氣中的氨預先被裝有0.05mol/L稀硫酸的吸收液吸收固定生成硫酸銨。在水楊酸稀硫酸的、亞硝基鐵氰化鈉和次氯酸鈉溶液的共同作用下，硫酸銨中的銨離子會發生顯色反應，生成藍色絡合物，而顯色的深淺與氨離子濃度呈線性相關，利用分光光度計可測算出原始樣品氨濃度。
2.2樣品采集
逃逸氨采集裝置如圖1所示，其由煙氣采集管和吸收裝置等組成。
圖1采集裝置示意
采用網格布點法進行試驗測孔采樣，調節抽氣流量為6L/min，使鼓泡均勻，采樣時間設定為30min。化學分析所用試劑僅氯化銨為優級純，其余均為分析純。所有試驗重復3次，以保證數據的可靠性。
2.3試劑配制與樣品測試
試驗所需試劑及濃度如表1所示。
表1試驗所需試劑
采用紫外分光光度計對氯化銨標準液和樣品進行測試，試驗前需預先繪制氯化銨標準曲線。
（1）標樣配制。取7支20mL具塞比色管，分別加入質量濃度為10μg/mL的氯化銨標準液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3mL，用去離子水稀釋至10mL，再向這7支比色管中分別加入水楊酸、亞硝基鐵氰化鈉和次氯酸鈉溶液各1.0mL后振蕩，靜置60min待測。
（2）樣品制備。將樣品預先用與吸收液同濃度的稀硫酸定容至250mL，取其中10mL按標樣所列順序加入水楊酸、亞硝基鐵氰化鈉和次氯酸鈉溶液各1.0mL后振蕩，同樣靜置60min待測。
（3）測試。標樣與試驗樣品均在波長為697.5nm處進行吸光度測試。
2.4逃逸氨濃度計算
逃逸氨濃度計算方法為
式中：
為逃逸氨質量濃度，mg/m3；A和A0分別為樣品溶液(煙氣吸收液經稀釋定容后得到)與空白溶液吸光度；a和b分別為標準曲線截距和斜率；Vs為煙氣吸收液稀釋定容后的總體積，mL(本文為250mL)；V0為進行吸光度試驗時從Vs中所取體積，mL(本文為10mL)；Vnd為所采煙氣樣品標準體積，L。
為便于測試結果與電廠儀表數據的比對，試驗所測逃逸氨濃度按10-6計量給出，其轉化系數為22.4/17。
3結果與討論
3.1氯化銨標準曲線
氯化銨標準液吸光度標準曲線如圖2所示。圖2標準液氯化銨含量對應吸光度存在以下關系:
y=0.054x-0.037
其中相關系數平方R2=0.994，接近1，擬合度較高，表明氯化銨濃度與吸光度具有良好的線性相關性，故可根據樣品吸光度反推樣品氨濃度。圖中氯化銨質量是指25mL測試液中所含氯化銨質量。
圖2氯化按吸光度標準曲線
3.2逃逸氨樣品測試
采用靛酚藍分光光度法對煙氣樣品進行分析，并將測試結果與電廠表盤在線數據(激光直接測量法，取測試時間段平均值)進行對比，結果如表2所示。
表2逃逸氨測試結果
由表2可以看出，靛酚藍分光光度法能有效測算出現場氨逃逸數據.逃逸氨體積分數在2.5x10-6-3.4x10-6之間，其中部分測點逃逸氨體積分數超出3x10-6的設計值，可能由于噴氨不均勻或流場分布不均勻所致，此時脫硝效率為82.37%，同樣高于設計值80%的要求。同時發現所測逃逸氨數據要大于電廠儀表表盤顯示數值，且儀表未檢測出部分氨逃逸超標點狀況。儀表顯示數值過低可能是儀表由于取樣位置固定，不能全面反映電廠實際氨逃逸狀況；且在線數據受粉塵影響，存在較大系統偏差，需要進一步矯正。試驗結果表明，現場人工測試結果可為電廠噴氨量調整及逃逸氨在線測試系統校驗提供參考。
3.3灰分影響分析
盡管網格布點取樣分析法能較為全面地反映電廠氨逃逸狀況，但實際取樣過程中若操作不當會使少量粉塵顆粒混入樣液中，其可能會對測試結果產生影響。為判斷灰分的摻入對靛酚藍分光光度法測試結果的影響，分別在標準氯化銨樣品(濃度為1μg/mL，體積為10mL)中添加0.01、0.02、0.04g的飛灰，以模擬粉塵進入測試樣品中的狀況。將加入粉煤灰后的各樣品搖勻，震蕩后靜止10min取上清液進行分光光度分析，結果如圖3所示。
圖3灰分對吸光度的影響
由圖3可見，灰分的加入極大地提升了樣品的吸光度，且初始摻入的灰分越多，濾灰后樣品的吸光度越大，這可能是因為灰中各種可溶性金屬離子及不溶物對測試結果產生了干擾。文獻認為，采用靛酚藍分光光度法，飛灰(也即本文所描述的灰分)的加入會使樣品引入新的Fe3+、Cu2+、Ca2+和Mg2+等離子，其中Fe3+能明顯增加樣品的著色深度，也即增加吸光值，從而使結果偏高。文獻則認為，煙氣中的飛灰會吸附一定量自由態或化合態的氨，而灰分的摻入使樣品中氨濃度升高，使測試結果偏大;由于飛灰的吸附作用，會使氨逃逸測試環境出現系統偏差，建議進行飛灰中氨含量測試方法的研究。對比發現，文獻的測試結果顯示，其在初始氨質量濃度為0.792μg/mL的氨標準液中加入0.02g灰，靛酚藍分析法測出氨濃度的相對偏差只有16.79%，而本文測試條件與文獻相近情況下，灰分對測試結果造成的影響卻超過了200%。造成這一現象的可能原因是，本試驗只對加灰樣品進行了靜置，未做進一步分離，使少量灰分仍殘留在樣品中。部分殘余的灰分會降低樣品的透光率，導致吸光度大大增加，使結果偏高。由此可見，要想獲得準確的測試結果，取樣時嚴格控制飛灰進入樣品非常重要。
4結語
本文研究結果表明：現場多點取樣，在實驗室條件下采用靛酚藍分光光度法測試煙氣中的氨，能較好地還原現場氨逃逸狀況，即可較為準確地檢測出部分氨逃逸超標位置，因而可為現場噴氨量控制和調整提供方位，這一點優于現場儀表的在線監測；同時，測試結果也可為儀表示值的修正提供參考。但是靛酚藍分光光度法對灰分的抗干擾性能較差，少量灰分的混入即會對結果產生極大影響，建議后續實測過程注重對煙氣吸收液中灰分的濾除。
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