張文杰
國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,我國(guó)火電廠行業(yè)也隨之有了很大的進(jìn)步?;痣姀S在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染,其所排放出的煙氣中含有二氧化硫、氮氧化物,這兩類有毒物質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量,導(dǎo)致空氣治理持續(xù)降低,國(guó)內(nèi)外均利用脫硫技術(shù)對(duì)其煙氣進(jìn)行一定程度凈化,達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的煙氣質(zhì)量。本文分析了火電廠煙氣脫硫監(jiān)測(cè)及氨逃逸量檢測(cè)的重要性,闡述了選擇性催化還原反應(yīng)儀器口氨逃逸量檢測(cè),并介紹了相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。
近年來(lái),綠化空氣成為人們高度關(guān)注的事情,空氣污染與人們的生活、生存以及健康有著極大的關(guān)聯(lián)?;痣姀S的煙氣中含有大量的二氧化硫及二氧化氮、煙塵,這些有害物質(zhì)也是誘發(fā)酸雨及霧霾的關(guān)鍵。我國(guó)的空氣質(zhì)量一直在持續(xù)下降,大氣污染問(wèn)題也是日趨嚴(yán)重,對(duì)火電廠排放的煙氣進(jìn)行脫硫脫硝,以便于控制住大氣污染程度。脫硫脫硝技術(shù)可區(qū)分為單獨(dú)脫硫、脫硝以及合并式脫硫脫硝與同時(shí)脫硫脫硝等技術(shù)類型。現(xiàn)階段,我國(guó)的研究關(guān)鍵就是合并脫硫脫硝、同時(shí)脫硫脫硝,即一體化技術(shù)。
二氧化氮、二氧化硫均屬于酸性氧化物質(zhì),同時(shí)對(duì)其展開(kāi)脫除對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來(lái)講有著很高的可行性。國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠大多是設(shè)置安裝了煙氣脫硫設(shè)備,采用煙氣脫硫脫硝及相關(guān)控制技術(shù)一體化,這樣能夠合理有效的降低煙氣脫硫脫硝工程成本;當(dāng)下,絕大多數(shù)都是采用選擇性催化還原(SCR)、選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù),其都具備各自的優(yōu)缺點(diǎn),SCR 技術(shù)設(shè)施的相關(guān)投資及運(yùn)行費(fèi)用較高,重點(diǎn)技術(shù)的難度很大,并且對(duì)應(yīng)高效率催化劑總是依賴于國(guó)外進(jìn)口。SNCR 技術(shù)在反應(yīng)溫度以及停留時(shí)間控制上有著極大的難度,并且氨用量極大,也容易出現(xiàn)泄漏事故;對(duì)煙氣脫硫脫硝及控制技術(shù)一體化來(lái)講,相關(guān)結(jié)構(gòu)是非常緊湊的,并且投資及運(yùn)作費(fèi)用較低,也便于運(yùn)作中管理,該技術(shù)可做大范圍、大規(guī)模的使用。
干式脫硫的基本原理就是采用對(duì)應(yīng)催化劑或者吸收劑對(duì)煙氣中所含的二氧化硫進(jìn)行脫除,催化劑或者吸收劑通常都是固態(tài)粉末和顆粒。最關(guān)鍵的干法脫硫技術(shù)分為氧化物法以及活性炭法,該技術(shù)含硫量低時(shí)對(duì)應(yīng)的脫硫效率就高,不過(guò)最終的產(chǎn)物不可以進(jìn)行循環(huán)利用;半干法主要是處于干法以及濕法間的一種脫硫方式。主要的方式是噴霧半干法以及爐內(nèi)噴鈣爐后活化法和煙道流化床脫硫法。此類方式的脫硫效率較高,不過(guò)最終所反應(yīng)出的脫硫產(chǎn)物循環(huán)效率非常低,不可以連續(xù)性運(yùn)作;濕法,濕法脫硫與對(duì)應(yīng)的干法脫硫不同,采用的吸收劑是液體,利用液體吸收劑進(jìn)行煙氣中二氧化硫的吸收。一般常見(jiàn)的濕法脫硫是石灰石或是海水脫硫。國(guó)內(nèi)的眾多火電廠均是采用濕法脫硫技術(shù)對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫,該技術(shù)對(duì)應(yīng)的費(fèi)用低,并且循環(huán)性較大以及最終的脫硫效率很高,煙氣進(jìn)行脫硫之后所產(chǎn)生的物質(zhì)還可以回收利用,不過(guò)該體系較為復(fù)雜,并且相關(guān)設(shè)備的成本較高。
煙氣脫硝技術(shù)是一項(xiàng)利用有效還原劑將一氧化氮、二氧化氮還原成氮?dú)獾募夹g(shù)。目前國(guó)內(nèi)脫硝技術(shù)有SCR 以及SNCR、SNCR-SCR,主要采用SCR。所謂SCR(選擇性催化還原法)就是運(yùn)用催化劑作用,再利用液氨或者尿素(水解或熱解)把煙氣中一氧化氮、二氧化氮還原成氮?dú)庖约八?。SCR 技術(shù)整體來(lái)說(shuō)較為成熟,也是世界上使用最多、效果最好、效率最高的煙氣脫硝技術(shù)。
聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)是采用以往傳統(tǒng)煙氣脫硫技術(shù)并耦合選擇性催化還原技術(shù)進(jìn)行各自獨(dú)立式工作,分別脫除煙氣中存在的二氧化硫以及氮氧化物,把相對(duì)單獨(dú)的脫硫與脫硝技術(shù)結(jié)合為一種一體化的技術(shù),一般都是在脫硫設(shè)備的前面增加一整套脫硝設(shè)備。聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)通常有著較好的脫硫脫硝效果。不過(guò)這樣分級(jí)處理的方法還是兩個(gè)較為獨(dú)立的工藝程序,一般是利用兩套設(shè)備進(jìn)行的獨(dú)立式脫硫脫硝,或者有時(shí)會(huì)在同一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行,不過(guò)其所占用的面積較大,并且相關(guān)程序較為復(fù)雜、投資及操作的費(fèi)用也是較高。
(1)通常由顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理子系統(tǒng)等組成,測(cè)定煙氣中顆粒物濃度、氣態(tài)污染物濃度,同時(shí)測(cè)量煙氣溫度、煙氣流量、煙氣壓力、煙氣含濕量和煙氣含氧量等參數(shù)。依照取樣方式CEMS 一般會(huì)分為抽取測(cè)量法和直接測(cè)量法。所謂抽取測(cè)量法又分為直接抽取采樣法以及稀釋抽取采樣法。直接性抽取采樣又可以分為干、冷法進(jìn)行直接性抽樣以及熱濕法式直接性抽樣采樣。直接測(cè)量法又分為點(diǎn)測(cè)量與線測(cè)量。
(2)在國(guó)內(nèi),相關(guān)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)規(guī)定了煙氣污染物質(zhì)的排放濃度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)之下的干煙氣數(shù)值,也就是所謂的干基測(cè)量。早年前國(guó)內(nèi)的火電廠煙氣的排放監(jiān)測(cè)體系均是伴隨著國(guó)外的諸多電站設(shè)施設(shè)備而被引進(jìn)的,對(duì)應(yīng)的配套CEMS 設(shè)備具有多樣的取樣方法。近年來(lái)隨著大氣污染程度的不斷上升,國(guó)內(nèi)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)明確規(guī)定了煙氣的污染物質(zhì)排放監(jiān)測(cè)為干基測(cè)量,對(duì)應(yīng)的火電廠CEMS 氣態(tài)污染物質(zhì)的測(cè)量基本上是采用干冷法而進(jìn)行直接性的抽樣采樣體系。
氣態(tài)污染物干冷法直接抽取測(cè)量系統(tǒng),通常由取樣探頭以及相關(guān)樣氣處理系統(tǒng)、在線分析儀表等構(gòu)成。該系統(tǒng)一般是利用加熱過(guò)濾取樣探頭進(jìn)行采樣,并經(jīng)由電加熱的樣品伴熱管線,把煙氣輸送至樣品處理系統(tǒng)中,通過(guò)冷凝器以及隔膜式抽氣泵、精密的過(guò)濾裝置、濕度警報(bào)儀、流量計(jì)等,把冷卻至常溫的并且干燥清潔的煙氣傳送至分析儀。該系統(tǒng)基本上是利用蠕動(dòng)泵及時(shí)排去冷凝器冷凝出來(lái)的水分,并使用旁邊的流量放空增加分析儀器的工作速度,應(yīng)用脈沖反吹來(lái)對(duì)探頭堵塞現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)防,使用這些儀器及策略來(lái)確保體系能夠正常的運(yùn)作。
(1)CEMS 體系大都是利用PLC 來(lái)展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)化的數(shù)據(jù)采集與控制。數(shù)據(jù)采集主要包括了氣態(tài)的污染物質(zhì)以及煙塵的濃度、煙氣的溫度、壓力、速度和濕度等相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量?jī)x器模擬量輸出;控制樣氣處理體系探頭反吹現(xiàn)象、體系的標(biāo)定以及相關(guān)儀器的標(biāo)定、濕度及溫度、壓測(cè)力等測(cè)量警報(bào)。
(2)數(shù)據(jù)處理體系最常見(jiàn)的就是由工控機(jī)或者是專門的監(jiān)控軟件所構(gòu)成的,并對(duì)實(shí)時(shí)收集PLC 所傳送的信號(hào)分析進(jìn)行負(fù)責(zé),且具備對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示、處理、傳送等功能,也包含了單位之間的換算、各類文檔的管理以及歷史記錄的趨勢(shì)查詢、相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)表打印和傳送。該系統(tǒng)的傳輸還包含著與對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及火電廠DCS 的鏈接,還有把對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)傳送至當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保部門。所出示的數(shù)據(jù)傳送協(xié)議務(wù)必要符合HJ/T212-2005 的標(biāo)準(zhǔn),并且相關(guān)的DAS 設(shè)備應(yīng)具有出現(xiàn)異常狀況便可以進(jìn)行自動(dòng)式恢復(fù)及安全的管理能力。
(1)首先,對(duì)于CEMS 技術(shù)來(lái)講運(yùn)行質(zhì)量最關(guān)鍵的影響就是其自身的可靠性。從開(kāi)始的取樣方法分析,以及各類CEMS 運(yùn)作過(guò)程中都會(huì)有著可靠性的問(wèn)題影響。直接式的抽取系統(tǒng)主要存在問(wèn)題是該系統(tǒng)的除濕、耐腐蝕性以及取樣探頭堵塞等。煙氣中的二氧化硫以及水分對(duì)該系統(tǒng)的各類管道和相關(guān)器件都會(huì)有部分腐蝕作用;如果伴熱管線的加熱或者保溫效果不理想,冷凝的水分也會(huì)吸收部分二氧化硫并直接影響到低濃度二氧化硫檢測(cè)的精確性,更是影響了整個(gè)系統(tǒng)測(cè)量的精確度與可靠運(yùn)行。
(2)其次,會(huì)影響到CEMS 運(yùn)行質(zhì)量的就是該系統(tǒng)的日常維護(hù)以及備品備件能否及時(shí)的供應(yīng)。目前電廠的專業(yè)性維護(hù)人員一般就一個(gè)人。由于設(shè)備腐蝕以及設(shè)備老化、堵塞等,在CEMS 運(yùn)行一段時(shí)間后還是很容易出現(xiàn)問(wèn)題的,特別是高硫份地區(qū)的CEMS。如果運(yùn)行維護(hù)人員管理維護(hù)不到位,加上備品備件儲(chǔ)存不足或供應(yīng)不及時(shí),很容易影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行以及測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。也不利于指導(dǎo)脫硫脫硝設(shè)施的正常運(yùn)行。
SCR 反應(yīng)器通常位于鍋爐尾部的省煤器出口,該位置屬于高塵段。目前通常對(duì)SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的脫硝效率要求高于70%以及SCR 反應(yīng)器出口氮氧化物質(zhì)濃度不超過(guò)100mg/Nm3。煙氣脫硝進(jìn)口與出口處氮氧化物的檢測(cè)一般使用直接抽取法CEMS,其最大的難點(diǎn)則是對(duì)應(yīng)煙氣高溫、高塵以及高濕高腐蝕,進(jìn)而導(dǎo)致取樣探頭堵塞以及系統(tǒng)的腐蝕。相應(yīng)的策略是對(duì)相關(guān)的采樣和樣氣處理系統(tǒng)使用多級(jí)的過(guò)濾除塵和多級(jí)除濕以及利用氣溶膠來(lái)過(guò)濾除霧滴等有效對(duì)策,便于提升該系統(tǒng)的除塵與除濕的功能,以保證其可靠的運(yùn)行。另一個(gè)存在比較普遍的問(wèn)題是SCR反應(yīng)器出口NOx 不均勻性,使得CEMS 取樣探頭處的NOx 濃度不能準(zhǔn)確的代表該截面的NOx 濃度水平。造成這一問(wèn)題的主要原因是SCR 系統(tǒng)入口噴氨不均勻性以及煙氣流場(chǎng)不均勻性??梢圆扇〉挠行Т胧┯幸韵聨c(diǎn),一是在SCR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段在SCR 系統(tǒng)入口盡量采用噴氨格柵,以及進(jìn)行專門的CFD 流場(chǎng)模擬,增加導(dǎo)流板使得流場(chǎng)更加均勻。二是系統(tǒng)投運(yùn)后如果發(fā)現(xiàn)SCR 反應(yīng)器出口NOx 濃度極不均勻,可以請(qǐng)專門的檢測(cè)單位進(jìn)行SCR 反應(yīng)器出口NOx 均勻性以及噴氨均勻性試驗(yàn)。三是增加取樣探頭進(jìn)行多點(diǎn)采樣,進(jìn)入混合器混合均勻后再送人分析儀進(jìn)行分析。
在整個(gè)煙氣脫硝過(guò)程中,對(duì)于噴氨量控制是非常關(guān)鍵的,其中氨逃逸量的精確測(cè)量是極為重要的。噴氨量一方面要確保能有足夠的氨與氮氧化物進(jìn)行反應(yīng),來(lái)減小氮氧化物質(zhì)的排放,提高脫硝效率。另一方面又要盡量的避免噴氨過(guò)量,造成不必要的浪費(fèi)。噴氨量過(guò)量還會(huì)提高其自身腐蝕性并減短其催化的時(shí)間和壽命,更是會(huì)對(duì)煙塵造成一定的污染,提升了空氣預(yù)熱器中硫酸氫銨的沉積,使其堵塞嚴(yán)重。溫度下降時(shí)ABS 會(huì)將煙氣中的水分吸收,從而形成具有腐蝕性的溶液,造成催化劑的堵塞以及失活。煙氣通過(guò)空氣預(yù)熱器的過(guò)程中,熱交換的表面則會(huì)呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)ABS 以及出現(xiàn)沉積,這樣就會(huì)對(duì)空氣預(yù)熱器工作效率造成很大的影響。SCR 出口位置的氨逃逸量務(wù)必要控制在3ppm 以下,以將空氣預(yù)熱器的檢修和催化劑更換周期有效的延長(zhǎng)。
目前國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠氨逃逸量檢測(cè)儀使用較多的為激光原位測(cè)量?jī)x,該檢測(cè)儀器進(jìn)行微量氨檢測(cè)時(shí)不需要進(jìn)行采樣,可直接性的進(jìn)行氨濃度的測(cè)量,樣氣的取樣和傳送所可能出現(xiàn)的影響都很好的避免掉了,更沒(méi)有轉(zhuǎn)換儀器相關(guān)的轉(zhuǎn)換效率問(wèn)題影響。應(yīng)該說(shuō)使用激光原位法對(duì)微量氨進(jìn)行測(cè)量要比抽取法微量氨測(cè)量效果高很多,也具有很大的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)。但是要注意現(xiàn)場(chǎng)煙道安裝條件以及煙道壁振動(dòng)的影響。
隨著社會(huì)各界對(duì)環(huán)境污染及空氣質(zhì)量的高度關(guān)注,火電廠煙氣脫硫脫硝各類技術(shù)也已經(jīng)成為了煙氣凈化技術(shù)進(jìn)步的趨向。當(dāng)下國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了很多有效的、可行性高的技術(shù)及設(shè)備,但是這些新方式相關(guān)的理論還是存在一定的問(wèn)題,也還是處于試驗(yàn)階段。對(duì)于大氣污染的控制,更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)脫硫脫硝技術(shù)的深入研究,包括無(wú)污染吸收劑、新型設(shè)備、創(chuàng)新工藝、一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等,為脫硫脫硝技術(shù)工業(yè)化使用提供可靠的理論依據(jù)。