煙氣氮氧化物測量偏差的原因及解決方案

楊萬才，李 悅

(北京洛卡環保技術有限公司，北京 100022)

隨著社會的發展，環境問題日益突出，氮氧化物NOx是主要的大氣污染物之一，氮氧化物(NOx) 對人體健康和環境有很大的副面影響，光化學反應使NO2分解為NO和O3，大氣中臭氧對人體健康十分有害。NO、NO2參與形成光化學煙霧，形成酸雨，造成環境污染。氧化二氮是一種溫室氣體，會破壞臭氧層。電站、鋼鐵、水泥等行業是主要的NOx排放源。

1 氮氧化物形成機理

1.1 燃料型 NOx

在600～800℃時就會生成燃料型，它在煤粉燃燒NOx產物中占60%～80%。

1.2 熱力型 NOx

燃燒時，空氣中氮在高溫下氧化產生。

1.3 快速型 NOx

在碳氫化合物燃料燃燒在燃料過濃時，在反應區附近會快速生成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，為嚴格執行環境保護政策，達到最新煙氣大氣污染物排放標準及公司環保要求，必須采用高效、經濟、實用的SCR脫硝技術進行處理。SCR脫硝技術成熟，脫硝效率高，適用范圍廣，可以滿足超低排放標準，運行成本及工程造價適中。

2 SCR脫硝系統氮氧化物測量

大多數企業煙氣中氮氧化物測量采用的是抽取式CEMS測量系統[1]，測量系統成熟，基本可以滿足排放口煙氣污染源的在線監測要求。

SCR脫硝效率定義：

式中：C1—脫硝系統運行時脫硝入口處煙氣中NOx含量(mg/Nm3)(標態、干基、以NO2計)；

C2—脫硝系統運行時脫硝出口處煙氣中NOx含量(mg/Nm3)(標態、干基、以NO2計)。

要得到真實的脫硝效率，必須要準確測量煙氣中氮氧化物的濃度，而氮氧化物濃度的測量，除了儀表定期標準，運行檢修之外，重要的一個條件是測量方式及取點位置要合理，取樣具有代表性，取出來的氣體必須能真實代表煙道中煙氣的混合成分，反應煙道煙氣組分濃度，否則測量值不準確，會嚴重影響脫硝效率的計算。

但多數機組普遍存在脫排放口NOx與脫硝出口NOx的測量值存在偏差。排放口和脫硝出口CEMS用標氣校準都是合格的為什么還會存在偏差呢，下面對偏差原因進行分析。

(1)煙道漏風會對NOx測量值產生一定的偏差。

(2)取樣點設置位置。

絕大部分火電廠排放口測點選擇的位置要么在煙囪要么在有足夠直管段的凈煙道，這說明排放口測點煙氣混合均勻，取樣具有代表性，測量準確。

脫硝系統由于鍋爐結構的限制，脫硝系統反應區安裝緊湊，煙氣流場分布不均，目前國內主要通過CFD模型推演結果合理布置導流板解決這一問題。同時采用噴氨格柵進行多點噴氨來實現氨氣均勻噴入，但實際上噴氨不能做到完全均勻，即使做了噴氨調平，由于閥門和流場的限制也只能改善這個情況。噴氨的不均導致反應區反應不均勻，由于脫硝出口反應區一出來就要進入空預器，根本來不及混合，所以CEMS系統單管取樣抽取的脫硝出口的煙氣通常是沒有代表性的。

(3)取樣探頭設計不合理。

CEMS取樣探頭大多數為單管取樣，由于煙道內監測點單一及取樣探頭插入煙道內的長度較短，對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。以上原因可以說明，脫硝出口CEMS測點取樣方式不具代表性是導致大多數火電廠排放口和脫硝出口測量值產生偏差的主要原因。

危害：

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

(2)脫硝出口NOx取樣不均，測量不準確，容易造成過量噴氨或噴氨不足，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，容易引起社會對環保數據的質疑，造成不良影響。

3 解決方案

針對這一問題設計了一套相對均勻取樣的陣列式裝置用于實現脫硝出口煙氣的均勻取樣問題。

在SCR反應器出口與空預器中間的煙道上設置一套陣列式裝置取出煙氣，通過管道引至空預器后方，根據空預器的阻力，來設計陣列取樣裝置及取樣母管聯箱的管徑、流速、流量；確保取樣裝置的阻力要遠小于空預器阻力，這樣煙氣在壓差的作用下通過取樣裝置輸送到空預器后方的煙道內，在取樣母管聯箱處開孔將取出來的煙氣送到CEMS設備中進行測量；煙氣中的粉塵會進入取樣管路造成堵塞，所以設計聯箱母管上安裝兩路雜用空氣吹掃管道。吹掃管接入母管聯箱兩端偏下位置，壓縮空氣從廠區儀用壓縮空氣管路就近引入，用于取樣管的事故吹掃，在管路發生堵灰情況下使用。

陣列裝置SCR出口煙氣取樣示意圖見圖1。

圖1 陣列裝置SCR出口煙氣取樣示意圖

4 結語

陣列裝置取出的煙氣相對于現有單一取點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，測量值更準確，得到更真實的脫硝效率，整體脫硝系統控制更為穩定。