關于煙氣監測系統氮氧化物測量的優化

楊 霞，喬 魁，張國民

（國家能源集團 寧夏煤業集團煤制油分公司 儀表管理中心，銀川 750411）

0 引言

習近平總書記在《求是》雜志上發表文章指出：“要加快劃定并嚴守生態保護紅線、環境質量底線、資源利用上線三條紅線。對突破三條紅線，仍然沿用粗放增長模式，吃祖宗飯砸子孫碗的事，絕對不能再干，絕對不允許再干。”從中可以看出生態保護紅線是中國生態環境保護的制度創新，是一條不可逾越的空間保護線，是保障和維護國家生態安全的底線和生命線。對于增強生態支撐能力，助推經濟社會可持續發展具有重要的意義。但隨著中國西部經濟的發展，有效利用能源，減少環境污染，降低安全生產事故頻次，防止突發環境事件，確保生命安全的重要性日益凸顯。制定并執行環保政策和措施，旨在保護環境的同時改善人民的生活質量，已經成為國內民生工程的關注點。煙氣污染物主要包括SO2，氮氧化物和顆粒物，氮氧化物對環境的損害作用極大，它既是形成酸雨的主要物質之一，也是大氣中光化學煙霧形成的重要物質和臭氧消耗的重要因子。所以有效地控制氮氧化物不僅關乎人們的生存環境，也影響著經濟發展，具有跨時代的歷史意義。

1 煙氣在線監測系統氮氧化物監測現狀

2017 年12 月29 日，國內環境保護部新發布的環保規范（HJ/T75-2017），要求煙氣在線監測系統中氮氧化物測量需對NO 及NO2同時進行測量，然后根據不同的換算系數計算出氮氧化物的總值[1]。但在2017 年11 月之前，大部分工廠配制安裝煙氣在線監測系統都是依據HJ/T75-2007 環保行業標準進行的，僅對NO 進行測量（煤燃燒產生氮氧化物比重），再通過公式將NO 的測量值換算為氮氧化物。這種簡單換算方法在不同的現場和工況下數據存在偏差，不能準確反映氮氧化物總含量。

2 煙氣在線監測系統氮氧化物監測優化改造目標

充分利用現場現有設備，最大限度降低技改成本和縮短技改周期，在不對目前煙氣監測系統進行整體更換的前提下，實現對NO 和NO2的同時測量，有效指導工藝調整工況，間接節約液氨消耗量，減少排放煙氣氨逃逸造成生態污染，避免污染物排放超標造成周邊環境污染等。利用現有設備，實現所測參數由單一組分測量（NO）優化為對NOX進行綜合測量。通過PLC 和高精度溫控器實現準確控制，配合催化劑實現NO2的高效率轉換，提高NO2轉換率和測量準確性，保證所測參數與實際工況一致并滿足環保要求。

3 優化改造的方案

2017 年12 月29 日生態環境部（原名環境保護部）頒布了HJ75-2017《固定污染源煙氣（SO2/NOX/顆料物）排放連續監測技術規范》文件，規定從2018 年3 月1 日起開始執行，HJ75-2017 環保規范要求煙氣中的NO 和NO2都要測量。所以在2017 年12 月之前，全國大部分單位煙氣排放連續監測系統只測量NO[1]。為了積極響應最新環保要求，各單位升級、優化CEMS 煙氣監測子系統，增加一臺紅外線分析儀表用于NO2的測量，同時為了樣氣流量和溫度要求，必須更換或優化取樣及預處理裝置。但此方案技改成本高，且安裝調試周期長，嚴重影響環保數據有效率。所以現需一個在不改變原有設備的基礎上進行升級優化的方案。

因此，現在的技術趨勢是在盡可能少改造硬件的前提下，需在一個在不改變原有設備的基礎上進行升級優化的方案：可在原有的煙氣監測系統預處理后增加一臺NOX轉換器，經過降溫、除水、除塵煙氣以一定流量（1L/min ～2L/min）進入轉換器，轉換器溫度控制在280℃～320℃，NO2在催化劑進行催化反應后還原成NO，轉化過程由現有PLC 統一集中控制。實施過程不需要單獨增加測量儀表即可實現對NO2的測量，不需要改變原有管路和取樣方式，無需在煙道重新開孔，無需工藝停車交出，優化成本較低。優化后的測量方式不影響對SO2等其他組分的測量，完全滿足HJ75-2017《固定污染源煙氣（SO2/NOX/顆料物）排放連續監測技術規范》標準要求。

圖1 優化方案Fig.1 Optimization plan

下面以雪迪龍SCS-900 的煙氣監測系統為例，具體優化與改造的方案如下：

NO2/NO 轉換器裝有不銹鋼加熱內筒、內裝轉換材料，INOX 系列轉換器正是為此目的而設計的。該系列壽命長、轉換率高、穩定性高[2]，在長時間在線工作方面有卓越的表現。但通入轉換器的樣氣需經過樣氣預處理系統過濾干燥。濕潤或含懸浮顆粒的樣氣會破壞轉換器，產生不可挽回的損傷。每月定期使用潔凈空氣或零氣運行系統5min ～10min，以沖洗雜質。

4 煙氣在線監測系統氮氧化物監測優化改造結果

1）實現所測氮氧化物由單一組分測量（NO）優化為對NO 和NO2進行綜合測量，所測參數與實際工況一致并滿足環保要求。

2）轉化爐對NO2的轉化率大于95%，實現準確反映氮氧化物總含量。

5 經濟效益和社會效益預測

5.1 經濟效益分析

5.1.1 直接節約費用

采買轉化爐及輔助設備一套需要6.5 萬元左右，采購一臺NO2分析儀表及更換或優化采樣及預處理一套的費用需要18.8 萬元左右。所以采用轉化爐技術，一套煙氣CEMS 由原來的單組份測量實現氮氧化物綜合測量可節省13 萬左右。

5.1.2 間接節約費用

對氮氧化物準確測量，有效指導工藝對工況的調整，可間接節約液氨消耗（對寧夏煤業煤制油鍋爐工況進行分析，每月可節約6000t 液氨）。

5.2 社會效益分析

實現煙氣中氮氧化物的準確測量，確保避免排放煙氣氨逃逸造成生態污染，避免污染物排放超標造成周邊環境污染等。

6 結束語

生態環境保護是功在當代、利在千秋的事業。要清醒認識保護生態環境、治理環境污染的緊迫性和艱巨性，清醒認識加強生態文明建設的重要性和必要性，真正下決心把環境污染治理好，把生態環境建設好，努力走向社會主義生態文明新時代，為人民創造良好生產生活環境。因此，凡是2017 年11 月以前環保驗收的化工項目均依據HJ/T75-2007 環保行業標準進行的，煙氣排放連續監測系統只測量NO，通過公式將NO 的測量值換算為氮氧化物[3]。這種簡單換算方法在不同的現場和工況下數據存在偏差，不能準確反映氮氧化物總含量，為了適應最新環保法，這些企業均需對CEMS 煙氣在線系統氮氧化物的測量進行優化，均可采用此方法，既能夠有效地完善氮氧化物的監測，還可大大降低項目投入，其環保和社會效益將是長期顯著地。