内蒙古某电厂逃逸氨浓度测试与灰分影响分析
摘要：燃煤电厂选择性催化还原(SCR)脱硝系统氨逃逸问题普遍存在，为良好控制逃逸氨浓度，采用靛酚蓝分光光度法在现场对烟气中氨浓度进行了测试。以内蒙古某200MW级燃煤机组氨逃逸性能试验为例，详述了靛酚蓝分光光度法现场测试的操作方法与流程，并将试验结果与现场在线仪表数据进行了比较，同时分析了烟气中飞灰对该方法测试结果的影响。结果表明，现场测试可获得不同取样点逃逸氨的浓度，对喷氨控制有利；样品中灰分的存在会大幅提升吸光度值，使测试结果偏高，采样过程中需严防灰分进入样品，以便获得正确的分析结果。
0引言
过量的氨逃逸会给电厂带来一系列风险，准确监控逃逸氨浓度以控制喷氨量，对电厂的安全与经济运行至关重要。
目前，电厂检测烟气中氨浓度的方法主要有激光原位法和抽取采样法。其中，激光原位法往往受粉尘和振动等现场条件制约，在测量时存在较大偏差，且易出现跳变现象。实际逃逸氨浓度多依靠定期的手工测试进行检验修正，即通过现场多点抽取采样，样品在实验室条件下进行分析。实验室分析方法有靛酚蓝分光光度法和离子色谱法等。不同的方法在时效性、准确性及抗干扰性方面存在一定的差异。
本文以内蒙古某电厂逃逸氨测试为基础，阐述靛酚蓝分光光度法现场取样及试验室分析具体的操作流程与方法，并与现场表盘在线数据进行比对;受限于现场条件，将粉尘对测试结果的影响考虑其中，探索了样品中灰分对靛酚蓝分光光度法的影响，为后续现场逃逸氨测试提供依据。
1内蒙古某电厂脱硝设备现状
内蒙古某燃煤电厂某机组装机容量为200MW，布置2台SCR反应器，每台反应器初装2层催化剂，1层备用。SCR脱硝装置设计入口NOx质量浓度450mg/m3(标准状态，下文与体积相关的数值均已换算至标准状态)；设计脱硝效率不低于80%，逃逸氨体积分数小于3x10-6；采用液氨制备脱硝还原剂。对脱硝系统逃逸氨进行现场采样，并用靛酚蓝分光光度法测算逃逸氨浓度。
2材料与方法
2.1测试原理
烟气中的氨预先被装有0.05mol/L稀硫酸的吸收液吸收固定生成硫酸铵。在水杨酸稀硫酸的、亚硝基铁氰化钠和次氯酸钠溶液的共同作用下，硫酸铵中的铵离子会发生显色反应，生成蓝色络合物，而显色的深浅与氨离子浓度呈线性相关，利用分光光度计可测算出原始样品氨浓度。
2.2样品采集
逃逸氨采集装置如图1所示，其由烟气采集管和吸收装置等组成。
图1采集装置示意
采用网格布点法进行试验测孔采样，调节抽气流量为6L/min，使鼓泡均匀，采样时间设定为30min。化学分析所用试剂仅氯化铵为优级纯，其余均为分析纯。所有试验重复3次，以保证数据的可靠性。
2.3试剂配制与样品测试
试验所需试剂及浓度如表1所示。
表1试验所需试剂
采用紫外分光光度计对氯化铵标准液和样品进行测试，试验前需预先绘制氯化铵标准曲线。
（1）标样配制。取7支20mL具塞比色管，分别加入质量浓度为10μg/mL的氯化铵标准液0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3mL，用去离子水稀释至10mL，再向这7支比色管中分别加入水杨酸、亚硝基铁氰化钠和次氯酸钠溶液各1.0mL后振荡，静置60min待测。
（2）样品制备。将样品预先用与吸收液同浓度的稀硫酸定容至250mL，取其中10mL按标样所列顺序加入水杨酸、亚硝基铁氰化钠和次氯酸钠溶液各1.0mL后振荡，同样静置60min待测。
（3）测试。标样与试验样品均在波长为697.5nm处进行吸光度测试。
2.4逃逸氨浓度计算
逃逸氨浓度计算方法为
式中：
为逃逸氨质量浓度，mg/m3；A和A0分别为样品溶液(烟气吸收液经稀释定容后得到)与空白溶液吸光度；a和b分别为标准曲线截距和斜率；Vs为烟气吸收液稀释定容后的总体积，mL(本文为250mL)；V0为进行吸光度试验时从Vs中所取体积，mL(本文为10mL)；Vnd为所采烟气样品标准体积，L。
为便于测试结果与电厂仪表数据的比对，试验所测逃逸氨浓度按10-6计量给出，其转化系数为22.4/17。
3结果与讨论
3.1氯化铵标准曲线
氯化铵标准液吸光度标准曲线如图2所示。图2标准液氯化铵含量对应吸光度存在以下关系:
y=0.054x-0.037
其中相关系数平方R2=0.994，接近1，拟合度较高，表明氯化铵浓度与吸光度具有良好的线性相关性，故可根据样品吸光度反推样品氨浓度。图中氯化铵质量是指25mL测试液中所含氯化铵质量。
图2氯化按吸光度标准曲线
3.2逃逸氨样品测试
采用靛酚蓝分光光度法对烟气样品进行分析，并将测试结果与电厂表盘在线数据(激光直接测量法，取测试时间段平均值)进行对比，结果如表2所示。
表2逃逸氨测试结果
由表2可以看出，靛酚蓝分光光度法能有效测算出现场氨逃逸数据.逃逸氨体积分数在2.5x10-6-3.4x10-6之间，其中部分测点逃逸氨体积分数超出3x10-6的设计值，可能由于喷氨不均匀或流场分布不均匀所致，此时脱硝效率为82.37%，同样高于设计值80%的要求。同时发现所测逃逸氨数据要大于电厂仪表表盘显示数值，且仪表未检测出部分氨逃逸超标点状况。仪表显示数值过低可能是仪表由于取样位置固定，不能全面反映电厂实际氨逃逸状况；且在线数据受粉尘影响，存在较大系统偏差，需要进一步矫正。试验结果表明，现场人工测试结果可为电厂喷氨量调整及逃逸氨在线测试系统校验提供参考。
3.3灰分影响分析
尽管网格布点取样分析法能较为全面地反映电厂氨逃逸状况，但实际取样过程中若操作不当会使少量粉尘颗粒混入样液中，其可能会对测试结果产生影响。为判断灰分的掺入对靛酚蓝分光光度法测试结果的影响，分别在标准氯化铵样品(浓度为1μg/mL，体积为10mL)中添加0.01、0.02、0.04g的飞灰，以模拟粉尘进入测试样品中的状况。将加入粉煤灰后的各样品摇匀，震荡后静止10min取上清液进行分光光度分析，结果如图3所示。
图3灰分对吸光度的影响
由图3可见，灰分的加入极大地提升了样品的吸光度，且初始掺入的灰分越多，滤灰后样品的吸光度越大，这可能是因为灰中各种可溶性金属离子及不溶物对测试结果产生了干扰。文献认为，采用靛酚蓝分光光度法，飞灰(也即本文所描述的灰分)的加入会使样品引入新的Fe3+、Cu2+、Ca2+和Mg2+等离子，其中Fe3+能明显增加样品的着色深度，也即增加吸光值，从而使结果偏高。文献则认为，烟气中的飞灰会吸附一定量自由态或化合态的氨，而灰分的掺入使样品中氨浓度升高，使测试结果偏大;由于飞灰的吸附作用，会使氨逃逸测试环境出现系统偏差，建议进行飞灰中氨含量测试方法的研究。对比发现，文献的测试结果显示，其在初始氨质量浓度为0.792μg/mL的氨标准液中加入0.02g灰，靛酚蓝分析法测出氨浓度的相对偏差只有16.79%，而本文测试条件与文献相近情况下，灰分对测试结果造成的影响却超过了200%。造成这一现象的可能原因是，本试验只对加灰样品进行了静置，未做进一步分离，使少量灰分仍残留在样品中。部分残余的灰分会降低样品的透光率，导致吸光度大大增加，使结果偏高。由此可见，要想获得准确的测试结果，取样时严格控制飞灰进入样品非常重要。
4结语
本文研究结果表明：现场多点取样，在实验室条件下采用靛酚蓝分光光度法测试烟气中的氨，能较好地还原现场氨逃逸状况，即可较为准确地检测出部分氨逃逸超标位置，因而可为现场喷氨量控制和调整提供方位，这一点优于现场仪表的在线监测；同时，测试结果也可为仪表示值的修正提供参考。但是靛酚蓝分光光度法对灰分的抗干扰性能较差，少量灰分的混入即会对结果产生极大影响，建议后续实测过程注重对烟气吸收液中灰分的滤除。
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