CN106483156A - 一种利用xrf获得scr脱硝烟气中氨逃逸率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，其特征是利用XRF创建SO3的荧光强度和SO3质量分数的标准曲线；采集电除尘器进口烟道的烟尘，计算获得烟尘的浓度D；利用XRF测试出烟尘中SO3的荧光强度，根据烟尘中SO3的荧光强度和所述标准曲线获得烟尘中的氨含量C；根据烟尘的浓度D和烟尘中的氨含量C获得氨逃逸率M。本发明提供了一种简便、快捷的检测氨逃逸率的方法，弥补了电厂目前在线监测氨逃逸手段的局限性，同时减小了还原剂的消耗量和提高机组的运行效率。

Description

一种利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法
技术领域
本发明涉及一种应用XRF计算SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，属于燃煤电厂烟气脱硝氨逃逸检测技术领域。
背景技术
择性催化还原脱硝(SCR)中由于喷入的氨气与烟气不能完全反应，在反应器出口形成的氨逃逸与SO3生成硫酸氢铵，形成空预器堵塞和腐蚀，导致空预器压降上升、换热效率降低，造成引风机运行电流上升，威胁锅炉的安全稳定运行。《火电厂烟气脱硝工程技术规范—选择催化还原法》(HJ 562—2010)明确规定SCR氨逃逸应小于2.5mg/m3(6％O2)。如何快速、准确监测氨逃逸，对于提高SCR装置的运行效率，保证系统的运行安全和脱硝经济性至关重要。
当前，SCR脱硝装置出口烟道中氨逃逸浓度测定方法是按照《燃煤电厂烟气脱硝装置性能试验规范》(DL/T260—2012)附件B中规定，采用伴热和过滤的采样管从出口烟道中抽取烟气，同时记录抽取烟气体积，稀硫酸溶液吸收氨气生成的硫酸铵采用分光光度法进行比色定量分析。该方法采集装置极其复杂，由过滤材料、烟气采样管、加热管、温度控制仪、吸收装置、干燥管、流量调节阀、采样泵、压力表、流量计和温度计等部件组成，同时存在实验室化学分析的周期较长，不能满足火电厂快速、准确的测量氨逃逸的要求。
公开号为CN103207249发明专利申请文献中公开了一种烟气脱硝系统氨逃逸的检测方法，是以电除尘器第一电场灰斗的飞灰为检测对象，将电除尘器第一电场灰斗的飞灰与水混合，得到待测样品溶液，控制水灰比为(20～100)：1，以及待测样品溶液的pH值为6.0～6.8，搅拌时间为1～3h，使飞灰中的氨绝大部分溶于水中，得到检测结果。但这一方法存在转化效率问题，即飞灰中氨的溶出率问题和溶解过程中是否发生氨逃逸的问题，同时也存在化学分析周期长不能给电厂运行人员提供及时、显著的指导意义。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种应用XRF计算SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，通过采集电除尘器进口烟道中烟尘，同时计算烟尘浓度。根据在XRF上创建SO3的荧光强度和SO3质量分数的标准曲线，计算SCR脱硝出口烟气中氨逃逸率。本发明在建立一组标准曲线后，只需在电除尘器进口烟道采集烟尘和计算烟尘浓度，应用XRF即可准确计算出氨逃逸率，以提高测量过程的快速性。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法的特点是：利用XRF创建SO3的荧光强度和SO3质量分数的标准曲线；采集电除尘器进口烟道的烟尘，计算获得烟尘的浓度D；利用XRF测试出烟尘中SO3的荧光强度，根据烟尘中SO3的荧光强度和所述标准曲线获得烟尘中的氨含量C；根据烟尘的浓度D和烟尘中的氨含量C获得氨逃逸率M。
本发明利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法的特点也在于：所述利用XRF创建SO3的荧光强度和SO3质量分数的标准曲线是按如下方式进行：用干净烟尘和分析纯NH4HSO4按照表1所示配制13组校准样片，将13组校准样片在XRF上依次进行测量，设置PC1为空白样，根据测试的SO3的荧光强度和SO3质量分数创建标准曲线：y＝a×x+b；其中，y为SO3质量分数，x为SO3的荧光强度，表1中每个校准样品的换算关系为：SO3质量分数＝NH4HSO4质量分数×80÷115；
表1：标准曲线中烟尘、NH4HSO4和SO3质量分数
校准样品编号 烟尘(％) NH4HSO4(％) SO3(％)
PC1 100.00 0.00 0.00
PC2 99.50 0.50 0.35
PC3 98.50 1.50 1.04
PC4 97.50 2.50 1.74
PC5 96.50 3.50 2.43
PC6 95.00 5.00 3.48
PC7 93.50 6.50 4.52
PC8 92.00 8.00 5.57
PC9 90.50 9.50 6.61
PC10 88.50 11.50 8.00
PC11 86.50 13.50 9.39
PC12 84.50 15.50 10.78
PC13 82.50 17.50 12.17
本发明利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法的特点也在于：所述校准样片按如下方式进行配制：按照表1将设定量的干净烟尘和硫酸氢铵混匀后作为样片原料倒入在模具中，用压片机加压至25MPa，并保压180s，制得表面平整光滑、无裂缝且不松散的校准样片。
本发明利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法的特点也在于：
所述干净烟尘是按如下方式获得：采集电除尘器一电场灰斗中的烟尘作为待处理烟尘，将待处理烟尘在温度设置为350℃的马弗炉中进行加热并吹扫，以分解并除去其中所含有的硫酸氢铵，制得不含硫酸氢铵的干净烟尘；
将分析纯NH4HSO4的粉末于105℃的烘箱中干燥2小时，干净烟尘和经干燥的分析纯NH4HSO4的粉末均放置在干燥器中冷却至室温以备用。
本发明利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法的特点也在于：对于校准样品的制备，若是制得的校准样片有松散或是表面有裂缝，在所述样片原料中按照样片原料∶石蜡粉末为5∶1的重量配比均匀混入石蜡粉末，再用压片机加压制备校准样品。
本发明利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法的特点也在于：
所述根据烟尘中SO3的荧光强度和所述标准曲线获得烟尘中的氨含量C的方法是：首先根据烟尘中SO3的荧光强度和所述标准曲线获得烟尘中的三氧化硫的质量分数E；然后，根据三氧化硫的质量分数E换数出烟尘中的氨含量C，C＝0.2125E；则氨逃逸率M为：
M＝C×D÷1000＝2.125×10-4×E×D。
本发明利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法的特点也在于：针对每个烟尘样品至少测量2次，取平行测定结果的平均值为测定结果，平行测定结果的相对偏差不大于0.6％。
本发明利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法的特点也在于：采集电除尘进口烟道中烟尘中氨含量分析是在烟尘采集后一周内完成。
XRF是指“X射线荧光光谱法”的测试方法，其测试原理是元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁，同时发出具有一定特征波长的X射线，根据测得谱线的波长和强度进行元素定量分析，本发明应用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法与已有技术相比具有如下效果：
1、本发明方法快速准确，极大地提高了时效性，及时根据烟尘获得氨逃逸率，为火电厂在线检测氨逃逸检测和脱硝装置运行提供了指导意义；
2、本发明方法中创立的标准曲线y＝a×x+b直接在不同机组烟气中氨逃逸计算中重复应用，极化了测试方法；
3、本发明方法无需另外购置昂贵的监测设备，无需投入过高的维护费用，采用本领域技术人员熟知XRF仪器即可进行测试分析。
附图说明
图1为SO3质量分数与SO3荧光值关系；
图2为实测氨逃逸率与计算氨逃逸率的相关性；
具体实施方式
本实施例中利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法是：利用XRF创建SO3的荧光强度和SO3质量分数的标准曲线；采集电除尘器进口烟道的烟尘，计算获得烟尘的浓度D；利用XRF测试出烟尘中SO3的荧光强度，根据烟尘中SO3的荧光强度和所述标准曲线获得烟尘中的氨含量C；根据烟尘的浓度D和烟尘中的氨含量C获得氨逃逸率M。
具体实施中，利用XRF创建SO3的荧光强度和SO3质量分数的标准曲线是按如下方式进行：用干净烟尘和分析纯NH4HSO4按照表1所示配制13组校准样片，将13组校准样片在XRF上依次进行测量，设置PC1为空白样，根据测试的SO3的荧光强度和SO3质量分数创建标准曲线：y＝a×x+b；其中，y为SO3质量分数，x为SO3的荧光强度，表1中每个校准样品的换算关系为：SO3质量分数＝NH4HSO4质量分数×80÷115；
表1：标准曲线中烟尘、NH4HSO4和SO3质量分数
校准样品编号 烟尘(％) NH4HSO4(％) SO3(％)
PC1 100.00 0.00 0.00
PC2 99.50 0.50 0.35
PC3 98.50 1.50 1.04
PC4 97.50 2.50 1.74
PC5 96.50 3.50 2.43
PC6 95.00 5.00 3.48
PC7 93.50 6.50 4.52
PC8 92.00 8.00 5.57
PC9 90.50 9.50 6.61
PC10 88.50 11.50 8.00
PC11 86.50 13.50 9.39
PC12 84.50 15.50 10.78
PC13 82.50 17.50 12.17
校准样片按如下方式进行配制：按照表1将设定量的干净烟尘和硫酸氢铵混匀后作为样片原料倒入在模具中，用压片机加压至25MPa，并保压180s，制得表面平整光滑、无裂缝且不松散的校准样片。
干净烟尘是按如下方式获得：采集电除尘器一电场灰斗中的烟尘作为待处理烟尘，将待处理烟尘在温度设置为350℃的马弗炉中进行加热并吹扫，以分解并除去其中所含有的硫酸氢铵，制得不含硫酸氢铵的干净烟尘。
将分析纯NH4HSO4的粉末于105℃的烘箱中干燥2小时，干净烟尘和经干燥的分析纯NH4HSO4的粉末均放置在干燥器中冷却至室温以备用。
对于校准样品的制备，若是制得的校准样片有松散或是表面有裂缝，在所述样片原料中按照样片原料∶石蜡粉末为5∶1的重量配比均匀混入石蜡粉末，再用压片机加压制备校准样品。
根据烟尘中SO3的荧光强度和所述标准曲线获得烟尘中的氨含量C的方法是：首先根据烟尘中SO3的荧光强度和所述标准曲线获得烟尘中的三氧化硫的质量分数E；然后，根据三氧化硫的质量分数E换数出烟尘中的氨含量C，C＝0.2125E；则氨逃逸率M为：
M＝C×D÷1000＝2.125×10-4×E×D。
针对每个烟尘样品至少测量2次，取平行测定结果的平均值为测定结果，平行测定结果的相对偏差不大于0.6％；采集电除尘进口烟道中烟尘中氨含量分析是在烟尘采集后一周内完成。
实验过程：
采集某电厂的电除尘器一电场灰斗中烟尘，将烟尘在高温马弗炉中以350℃进行加热，并吹扫以分解除去其中硫酸氢铵，制备出干净烟尘100g；将分析纯硫酸氢铵粉末于105℃烘箱中干燥2小时，干净烟尘和硫酸氢铵均放入干燥器冷却至室温备用。
将干燥器中所存放的干净烟尘和分析纯硫酸氢铵按照表1中质量分数关系，依次配制十三组校准样片。每组校准样品的总质量均为5.0g，依次称取的干净烟尘和硫酸氢铵，倒入鹤壁天健智能混样机的混样瓶内，在45r/min转速下混合搅拌3小时。充分混匀的烟尘和硫酸氢铵粉末倒入模具中，用压片机加压至25MPa以上，并保持180s。对于校准样品中硫酸氢铵质量分数较低的组分，可以整体放大1倍量称重以提高称量精确度和混合效果。制得的校准样片表面应平整光滑，无裂缝或松散。如校准样片经压片后表面有松散和裂痕，混合样中按5:1质量比加入石蜡粉末，在智能混样机充分混匀后再压片。
校准样品在XRF上依次测量，每个样至少测两次。根据测试的SO3的荧光强度和SO3质量分数创建标准曲线y＝a×x+b。
设置PC1为空白样是为消除飞灰中SO3荧光强度的基值及仪器的误差影响，根据测试结果得到图1，通过线性拟合得出：y＝4453.6x–719.03，R2＝0.9982。
选用TH880W微电脑平衡采样仪在电除尘器进口烟道中进行等速采样，采集一定量烟气中烟尘，计算出烟道的烟尘浓度D，将采集的烟尘倒入模具中，用压片机加压至25MPa以上，并保持180s，制得表面平整光滑、无裂缝或松散的测试样片。将测试样品放入XRF上测试，根据标准曲线y＝a×x+b计算出烟尘中三氧化硫含量E，进而计算获得氨逃逸率M。
比对实验1：
选择某电厂#2机组，机组容量为660MW，在不同的工况及喷氨量条件下，测试A侧脱硝反应器脱硝出口氨逃逸值，同时采集A侧电除尘器进口1、2道中烟尘，测试结果如表2所示。SCR脱硝反应器出口氨逃逸值测试选用加拿大优胜M-NH3便携式氨逃逸分析仪，仪器编号为LAS1518C。氨逃逸测试选择A侧反应器出口中间位置测孔，测试时间为15分钟，取15分钟均值作为该点烟气中氨逃逸实测值。
表2：电除尘器进口烟尘中氨逃逸率
从表2可以看出，选用加拿大优胜M-NH3便携式氨逃逸分析仪测试出SCR反应器出口实际氨逃逸值与应用XRF计算出氨逃逸值相对误差范围为4.23％～19.57％，七组试验误差均值8.01％，主要原因是仪器之间误差和氨逃逸率在整个脱硝断面上分布不均，计算结果很好地证明了本发明中应用XRF获得烟尘中氨逃逸率的可靠性。
比对实验2：
选择某电厂#5机组，机组容量为320MW，在不同的工况条件下，测试B侧脱硝反应器脱硝出口氨逃逸值，采集B侧电除尘器进口3、4道中烟尘，测试结果如表3所示。SCR脱硝反应器出口氨逃逸值测试选用加拿大优胜M-NH3氨逃逸分析仪，仪器编号为LAS1518C。氨逃逸测试选择B侧反应器出口中间位置测孔，测试时间为15分钟，取15分钟均值作为该点烟气中氨逃逸实测值。
表3：电除尘器进口烟尘中氨逃逸率
从表3可以看出，选用加拿大优胜M-NH3便携式氨逃逸分析仪测试出SCR反应器出口实际氨逃逸值与应用XRF计算出氨逃逸值相对误差范围为3.68％～15.27％，9组试验误差均值7.22％，主要原因是仪器之间误差和氨逃逸率在整个脱硝断面上分布不均，计算结果很好地证明了应用XRF计算烟尘中氨逃逸率的可靠性。
图2示出，计算获得的氨逃逸率和实际氨逃逸率之间线性曲线为y＝1.067x+0.0293，线性相关性系数为R2＝0.9949。煤粉进入1300～1500℃的炉膛，在悬浮燃烧条件下受热后冷却形成粉煤灰，由于表面张力的作用，煤粉灰大部分呈球形，表面疏松多孔，在扫描电镜下形貌观察为空心微珠，具有一定的吸附特征。烟气经空预器完成气气热交换后，到达电除尘器入口烟温降低至125℃左右，生产的硫酸氢铵以液态形式存在，很容易吸附在烟尘表面，因此烟气中氨逃逸基本被吸附在飞灰中。图2中良好的线性关系验证了分析电除尘烟尘中的氨是有用于监测脱硝系统氨逃逸的有效手段。

Claims (8)

1.一种利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，其特征是：利用XRF创建SO3的荧光强度和SO3质量分数的标准曲线；采集电除尘器进口烟道的烟尘，计算获得烟尘的浓度D；利用XRF测试出烟尘中SO3的荧光强度，根据烟尘中SO3的荧光强度和所述标准曲线获得烟尘中的氨含量C；根据烟尘的浓度D和烟尘中的氨含量C获得氨逃逸率M。
2.根据权利要求1所述的利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，其特征是：所述利用XRF创建SO3的荧光强度和SO3质量分数的标准曲线是按如下方式进行：用干净烟尘和分析纯NH4HSO4按照表1所示配制13组校准样片，将13组校准样片在XRF上依次进行测量，设置PC1为空白样，根据测试的SO3的荧光强度和SO3质量分数创建标准曲线：y＝a×x+b；其中，y为SO3质量分数，x为SO3的荧光强度，表1中每个校准样品的换算关系为：SO3质量分数＝NH4HSO4质量分数×80÷115；
表1：标准曲线中烟尘、NH4HSO4和SO3质量分数
3.根据权利要求2所述的利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，其特征是：所述校准样片按如下方式进行配制：按照表1将设定量的干净烟尘和硫酸氢铵混匀后作为样片原料倒入在模具中，用压片机加压至25MPa，并保压180s，制得表面平整光滑、无裂缝且不松散的校准样片。
4.根据权利要求2或3所述的利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，其特征是：
所述干净烟尘是按如下方式获得：采集电除尘器一电场灰斗中的烟尘作为待处理烟尘，将待处理烟尘在温度设置为350℃的马弗炉中进行加热并吹扫，以分解并除去其中所含有的硫酸氢铵，制得不含硫酸氢铵的干净烟尘；
将分析纯NH4HSO4的粉末于105℃的烘箱中干燥2小时，干净烟尘和经干燥的分析纯NH4HSO4的粉末均放置在干燥器中冷却至室温以备用。
5.根据权利要求3所述的利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，其特征是：对于校准样品的制备，若是制得的校准样片有松散或是表面有裂缝，在所述样片原料中按照样片原料∶石蜡粉末为5∶1的重量配比均匀混入石蜡粉末，再用压片机加压制备校准样品。
6.根据权利要求1所述的利用XRF获得SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，其特征是：所述根据烟尘中SO3的荧光强度和所述标准曲线获得烟尘中的氨含量C的方法是：首先根据烟尘中SO3的荧光强度和所述标准曲线获得烟尘中的三氧化硫的质量分数E；然后，根据三氧化硫的质量分数E换数出烟尘中的氨含量C，C＝0.2125E；则氨逃逸率M为：
M＝C×D÷1000＝2.125×10-4×E×D。
7.根据权利要求6所述的应用烟尘计算SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，其特征是：针对每个烟尘样品至少测量2次，取平行测定结果的平均值为测定结果，平行测定结果的相对偏差不大于0.6％。
8.根据权利要求1所述的应用烟尘计算SCR脱硝烟气中氨逃逸率的方法，其特征是：采集电除尘进口烟道中烟尘中氨含量分析是在烟尘采集后一周内完成。
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