煙氣氮氧化物測(cè)量偏差的原因及解決方案

楊萬(wàn)才，李 悅

(北京洛卡環(huán)保技術(shù)有限公司，北京 100022)

隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益突出，氮氧化物NOx是主要的大氣污染物之一，氮氧化物(NOx) 對(duì)人體健康和環(huán)境有很大的副面影響，光化學(xué)反應(yīng)使NO2分解為NO和O3，大氣中臭氧對(duì)人體健康十分有害。NO、NO2參與形成光化學(xué)煙霧，形成酸雨，造成環(huán)境污染。氧化二氮是一種溫室氣體，會(huì)破壞臭氧層。電站、鋼鐵、水泥等行業(yè)是主要的NOx排放源。

1 氮氧化物形成機(jī)理

1.1 燃料型 NOx

在600～800℃時(shí)就會(huì)生成燃料型，它在煤粉燃燒NOx產(chǎn)物中占60%～80%。

1.2 熱力型 NOx

燃燒時(shí)，空氣中氮在高溫下氧化產(chǎn)生。

1.3 快速型 NOx

在碳?xì)浠衔锶剂先紵谌剂线^(guò)濃時(shí)，在反應(yīng)區(qū)附近會(huì)快速生成NOx。

脫硝是降低煙氣中氮氧化物的主要措施，目前比較典型的脫硝工藝有SCR、SNCR、SCR+SNCR等，為嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境保護(hù)政策，達(dá)到最新煙氣大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及公司環(huán)保要求，必須采用高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的SCR脫硝技術(shù)進(jìn)行處理。SCR脫硝技術(shù)成熟，脫硝效率高，適用范圍廣，可以滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行成本及工程造價(jià)適中。

2 SCR脫硝系統(tǒng)氮氧化物測(cè)量

大多數(shù)企業(yè)煙氣中氮氧化物測(cè)量采用的是抽取式CEMS測(cè)量系統(tǒng)[1]，測(cè)量系統(tǒng)成熟，基本可以滿足排放口煙氣污染源的在線監(jiān)測(cè)要求。

SCR脫硝效率定義：

式中：C1—脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)脫硝入口處煙氣中NOx含量(mg/Nm3)(標(biāo)態(tài)、干基、以NO2計(jì))；

C2—脫硝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)脫硝出口處煙氣中NOx含量(mg/Nm3)(標(biāo)態(tài)、干基、以NO2計(jì))。

要得到真實(shí)的脫硝效率，必須要準(zhǔn)確測(cè)量煙氣中氮氧化物的濃度，而氮氧化物濃度的測(cè)量，除了儀表定期標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行檢修之外，重要的一個(gè)條件是測(cè)量方式及取點(diǎn)位置要合理，取樣具有代表性，取出來(lái)的氣體必須能真實(shí)代表煙道中煙氣的混合成分，反應(yīng)煙道煙氣組分濃度，否則測(cè)量值不準(zhǔn)確，會(huì)嚴(yán)重影響脫硝效率的計(jì)算。

但多數(shù)機(jī)組普遍存在脫排放口NOx與脫硝出口NOx的測(cè)量值存在偏差。排放口和脫硝出口CEMS用標(biāo)氣校準(zhǔn)都是合格的為什么還會(huì)存在偏差呢，下面對(duì)偏差原因進(jìn)行分析。

(1)煙道漏風(fēng)會(huì)對(duì)NOx測(cè)量值產(chǎn)生一定的偏差。

(2)取樣點(diǎn)設(shè)置位置。

絕大部分火電廠排放口測(cè)點(diǎn)選擇的位置要么在煙囪要么在有足夠直管段的凈煙道，這說(shuō)明排放口測(cè)點(diǎn)煙氣混合均勻，取樣具有代表性，測(cè)量準(zhǔn)確。

脫硝系統(tǒng)由于鍋爐結(jié)構(gòu)的限制，脫硝系統(tǒng)反應(yīng)區(qū)安裝緊湊，煙氣流場(chǎng)分布不均，目前國(guó)內(nèi)主要通過(guò)CFD模型推演結(jié)果合理布置導(dǎo)流板解決這一問(wèn)題。同時(shí)采用噴氨格柵進(jìn)行多點(diǎn)噴氨來(lái)實(shí)現(xiàn)氨氣均勻噴入，但實(shí)際上噴氨不能做到完全均勻，即使做了噴氨調(diào)平，由于閥門和流場(chǎng)的限制也只能改善這個(gè)情況。噴氨的不均導(dǎo)致反應(yīng)區(qū)反應(yīng)不均勻，由于脫硝出口反應(yīng)區(qū)一出來(lái)就要進(jìn)入空預(yù)器，根本來(lái)不及混合，所以CEMS系統(tǒng)單管取樣抽取的脫硝出口的煙氣通常是沒(méi)有代表性的。

(3)取樣探頭設(shè)計(jì)不合理。

CEMS取樣探頭大多數(shù)為單管取樣，由于煙道內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)單一及取樣探頭插入煙道內(nèi)的長(zhǎng)度較短，對(duì)于大截面的煙道取樣代表性較差，在脫硝出口氮氧化物不均勻的情況下，采用單管取樣，很難得到均勻且有代表性的樣品。以上原因可以說(shuō)明，脫硝出口CEMS測(cè)點(diǎn)取樣方式不具代表性是導(dǎo)致大多數(shù)火電廠排放口和脫硝出口測(cè)量值產(chǎn)生偏差的主要原因。

危害：

(1)脫硝噴氨控制是基于脫硝出口NOx測(cè)量的控制，NOx取樣不均，測(cè)量不準(zhǔn)確，影響脫硝噴氨量的控制。

(2)脫硝出口NOx取樣不均，測(cè)量不準(zhǔn)確，容易造成過(guò)量噴氨或噴氨不足，加劇氨逃逸或脫硝效率降低。

(3)脫硝出口NOx與排放口NOx顯示不一致，容易引起社會(huì)對(duì)環(huán)保數(shù)據(jù)的質(zhì)疑，造成不良影響。

3 解決方案

針對(duì)這一問(wèn)題設(shè)計(jì)了一套相對(duì)均勻取樣的陣列式裝置用于實(shí)現(xiàn)脫硝出口煙氣的均勻取樣問(wèn)題。

在SCR反應(yīng)器出口與空預(yù)器中間的煙道上設(shè)置一套陣列式裝置取出煙氣，通過(guò)管道引至空預(yù)器后方，根據(jù)空預(yù)器的阻力，來(lái)設(shè)計(jì)陣列取樣裝置及取樣母管聯(lián)箱的管徑、流速、流量；確保取樣裝置的阻力要遠(yuǎn)小于空預(yù)器阻力，這樣煙氣在壓差的作用下通過(guò)取樣裝置輸送到空預(yù)器后方的煙道內(nèi)，在取樣母管聯(lián)箱處開(kāi)孔將取出來(lái)的煙氣送到CEMS設(shè)備中進(jìn)行測(cè)量；煙氣中的粉塵會(huì)進(jìn)入取樣管路造成堵塞，所以設(shè)計(jì)聯(lián)箱母管上安裝兩路雜用空氣吹掃管道。吹掃管接入母管聯(lián)箱兩端偏下位置，壓縮空氣從廠區(qū)儀用壓縮空氣管路就近引入，用于取樣管的事故吹掃，在管路發(fā)生堵灰情況下使用。

陣列裝置SCR出口煙氣取樣示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 陣列裝置SCR出口煙氣取樣示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

陣列裝置取出的煙氣相對(duì)于現(xiàn)有單一取點(diǎn)方式取出的煙氣相比，取樣的氮氧化物均勻性更好，取出的樣品更有代表性，測(cè)量值更準(zhǔn)確，得到更真實(shí)的脫硝效率，整體脫硝系統(tǒng)控制更為穩(wěn)定。