火电厂烟气脱硫脱硝系统监测分析及氨逃逸量探索构架

张文杰

国电科学技术研究院

随着社会经济的不断发展，我国火电厂行业也随之有了很大的进步。火电厂在生产过程中会对环境造成极大的污染，其所排放出的烟气中含有二氧化硫、氮氧化物，这两类有毒物质会严重影响空气质量，导致空气治理持续降低，国内外均利用脱硫技术对其烟气进行一定程度净化，达到标准的烟气质量。本文分析了火电厂烟气脱硫监测及氨逃逸量检测的重要性，阐述了选择性催化还原反应仪器口氨逃逸量检测，并介绍了相关技术的应用。

近年来，绿化空气成为人们高度关注的事情，空气污染与人们的生活、生存以及健康有着极大的关联。火电厂的烟气中含有大量的二氧化硫及二氧化氮、烟尘，这些有害物质也是诱发酸雨及雾霾的关键。我国的空气质量一直在持续下降，大气污染问题也是日趋严重，对火电厂排放的烟气进行脱硫脱硝，以便于控制住大气污染程度。脱硫脱硝技术可区分为单独脱硫、脱硝以及合并式脱硫脱硝与同时脱硫脱硝等技术类型。现阶段，我国的研究关键就是合并脱硫脱硝、同时脱硫脱硝，即一体化技术。

烟气脱硫脱硝及对应控制技术协同的重要性

二氧化氮、二氧化硫均属于酸性氧化物质，同时对其展开脱除对现代科学技术来讲有着很高的可行性。国内火力发电厂大多是设置安装了烟气脱硫设备，采用烟气脱硫脱硝及相关控制技术一体化，这样能够合理有效的降低烟气脱硫脱硝工程成本；当下，绝大多数都是采用选择性催化还原（SCR）、选择性非催化还原（SNCR）技术，其都具备各自的优缺点，SCR 技术设施的相关投资及运行费用较高，重点技术的难度很大，并且对应高效率催化剂总是依赖于国外进口。SNCR 技术在反应温度以及停留时间控制上有着极大的难度，并且氨用量极大，也容易出现泄漏事故；对烟气脱硫脱硝及控制技术一体化来讲，相关结构是非常紧凑的，并且投资及运作费用较低，也便于运作中管理，该技术可做大范围、大规模的使用。

烟气脱硫脱硝

1、烟气脱硫

干式脱硫的基本原理就是采用对应催化剂或者吸收剂对烟气中所含的二氧化硫进行脱除，催化剂或者吸收剂通常都是固态粉末和颗粒。最关键的干法脱硫技术分为氧化物法以及活性炭法，该技术含硫量低时对应的脱硫效率就高，不过最终的产物不可以进行循环利用；半干法主要是处于干法以及湿法间的一种脱硫方式。主要的方式是喷雾半干法以及炉内喷钙炉后活化法和烟道流化床脱硫法。此类方式的脱硫效率较高，不过最终所反应出的脱硫产物循环效率非常低，不可以连续性运作；湿法，湿法脱硫与对应的干法脱硫不同，采用的吸收剂是液体，利用液体吸收剂进行烟气中二氧化硫的吸收。一般常见的湿法脱硫是石灰石或是海水脱硫。国内的众多火电厂均是采用湿法脱硫技术对烟气进行脱硫，该技术对应的费用低，并且循环性较大以及最终的脱硫效率很高，烟气进行脱硫之后所产生的物质还可以回收利用，不过该体系较为复杂，并且相关设备的成本较高。

2、烟气脱硝

烟气脱硝技术是一项利用有效还原剂将一氧化氮、二氧化氮还原成氮气的技术。目前国内脱硝技术有SCR 以及SNCR、SNCR-SCR，主要采用SCR。所谓SCR（选择性催化还原法）就是运用催化剂作用，再利用液氨或者尿素（水解或热解）把烟气中一氧化氮、二氧化氮还原成氮气以及水。SCR 技术整体来说较为成熟，也是世界上使用最多、效果最好、效率最高的烟气脱硝技术。

3、联合脱硫脱硝

联合脱硫脱硝技术是采用以往传统烟气脱硫技术并耦合选择性催化还原技术进行各自独立式工作，分别脱除烟气中存在的二氧化硫以及氮氧化物，把相对单独的脱硫与脱硝技术结合为一种一体化的技术，一般都是在脱硫设备的前面增加一整套脱硝设备。联合脱硫脱硝技术通常有着较好的脱硫脱硝效果。不过这样分级处理的方法还是两个较为独立的工艺程序，一般是利用两套设备进行的独立式脱硫脱硝，或者有时会在同一个设备中进行，不过其所占用的面积较大，并且相关程序较为复杂、投资及操作的费用也是较高。

烟气排放连续监测系统（CEMS）在工程中应用

1、CEMS 基本构成与分类

（1）通常由颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数测量子系统、数据采集、传输与处理子系统等组成，测定烟气中颗粒物浓度、气态污染物浓度，同时测量烟气温度、烟气流量、烟气压力、烟气含湿量和烟气含氧量等参数。依照取样方式CEMS 一般会分为抽取测量法和直接测量法。所谓抽取测量法又分为直接抽取采样法以及稀释抽取采样法。直接性抽取采样又可以分为干、冷法进行直接性抽样以及热湿法式直接性抽样采样。直接测量法又分为点测量与线测量。

（2）在国内，相关的环保标准已经规定了烟气污染物质的排放浓度为标准状态之下的干烟气数值，也就是所谓的干基测量。早年前国内的火电厂烟气的排放监测体系均是伴随着国外的诸多电站设施设备而被引进的，对应的配套CEMS 设备具有多样的取样方法。近年来随着大气污染程度的不断上升，国内环保标准也已经明确规定了烟气的污染物质排放监测为干基测量，对应的火电厂CEMS 气态污染物质的测量基本上是采用干冷法而进行直接性的抽样采样体系。

2.干冷法直接抽取采样系统

气态污染物干冷法直接抽取测量系统，通常由取样探头以及相关样气处理系统、在线分析仪表等构成。该系统一般是利用加热过滤取样探头进行采样，并经由电加热的样品伴热管线，把烟气输送至样品处理系统中，通过冷凝器以及隔膜式抽气泵、精密的过滤装置、湿度警报仪、流量计等，把冷却至常温的并且干燥清洁的烟气传送至分析仪。该系统基本上是利用蠕动泵及时排去冷凝器冷凝出来的水分，并使用旁边的流量放空增加分析仪器的工作速度，应用脉冲反吹来对探头堵塞现象进行预防，使用这些仪器及策略来确保体系能够正常的运作。

3、CEMS 数据采集与处理、传送

（1）CEMS 体系大都是利用PLC 来展开现场化的数据采集与控制。数据采集主要包括了气态的污染物质以及烟尘的浓度、烟气的温度、压力、速度和湿度等相关数据的测量仪器模拟量输出；控制样气处理体系探头反吹现象、体系的标定以及相关仪器的标定、湿度及温度、压测力等测量警报。

（2）数据处理体系最常见的就是由工控机或者是专门的监控软件所构成的，并对实时收集PLC 所传送的信号分析进行负责，且具备对应的数据显示、处理、传送等功能，也包含了单位之间的换算、各类文档的管理以及历史记录的趋势查询、相关数据报表打印和传送。该系统的传输还包含着与对应数据处理系统及火电厂DCS 的链接，还有把对应数据传送至当地的环保部门。所出示的数据传送协议务必要符合HJ/T212-2005 的标准，并且相关的DAS 设备应具有出现异常状况便可以进行自动式恢复及安全的管理能力。

4、CEMS 在线运行质量

（1）首先，对于CEMS 技术来讲运行质量最关键的影响就是其自身的可靠性。从开始的取样方法分析，以及各类CEMS 运作过程中都会有着可靠性的问题影响。直接式的抽取系统主要存在问题是该系统的除湿、耐腐蚀性以及取样探头堵塞等。烟气中的二氧化硫以及水分对该系统的各类管道和相关器件都会有部分腐蚀作用；如果伴热管线的加热或者保温效果不理想，冷凝的水分也会吸收部分二氧化硫并直接影响到低浓度二氧化硫检测的精确性，更是影响了整个系统测量的精确度与可靠运行。

（2）其次，会影响到CEMS 运行质量的就是该系统的日常维护以及备品备件能否及时的供应。目前电厂的专业性维护人员一般就一个人。由于设备腐蚀以及设备老化、堵塞等，在CEMS 运行一段时间后还是很容易出现问题的，特别是高硫份地区的CEMS。如果运行维护人员管理维护不到位，加上备品备件储存不足或供应不及时，很容易影响设备的稳定运行以及测量数据的准确性。也不利于指导脱硫脱硝设施的正常运行。

烟气脱硝系统监测分析与氨逃逸量检测

1、烟气脱硝系统监测

SCR 反应器通常位于锅炉尾部的省煤器出口，该位置属于高尘段。目前通常对SCR 烟气脱硝系统的脱硝效率要求高于70%以及SCR 反应器出口氮氧化物质浓度不超过100mg/Nm3。烟气脱硝进口与出口处氮氧化物的检测一般使用直接抽取法CEMS，其最大的难点则是对应烟气高温、高尘以及高湿高腐蚀，进而导致取样探头堵塞以及系统的腐蚀。相应的策略是对相关的采样和样气处理系统使用多级的过滤除尘和多级除湿以及利用气溶胶来过滤除雾滴等有效对策，便于提升该系统的除尘与除湿的功能，以保证其可靠的运行。另一个存在比较普遍的问题是SCR反应器出口NOx 不均匀性，使得CEMS 取样探头处的NOx 浓度不能准确的代表该截面的NOx 浓度水平。造成这一问题的主要原因是SCR 系统入口喷氨不均匀性以及烟气流场不均匀性。可以采取的有效措施有以下几点，一是在SCR 系统设计阶段在SCR 系统入口尽量采用喷氨格栅，以及进行专门的CFD 流场模拟，增加导流板使得流场更加均匀。二是系统投运后如果发现SCR 反应器出口NOx 浓度极不均匀，可以请专门的检测单位进行SCR 反应器出口NOx 均匀性以及喷氨均匀性试验。三是增加取样探头进行多点采样，进入混合器混合均匀后再送人分析仪进行分析。

2、氨逃逸量检测

在整个烟气脱硝过程中，对于喷氨量控制是非常关键的，其中氨逃逸量的精确测量是极为重要的。喷氨量一方面要确保能有足够的氨与氮氧化物进行反应，来减小氮氧化物质的排放，提高脱硝效率。另一方面又要尽量的避免喷氨过量，造成不必要的浪费。喷氨量过量还会提高其自身腐蚀性并减短其催化的时间和寿命，更是会对烟尘造成一定的污染，提升了空气预热器中硫酸氢铵的沉积，使其堵塞严重。温度下降时ABS 会将烟气中的水分吸收，从而形成具有腐蚀性的溶液，造成催化剂的堵塞以及失活。烟气通过空气预热器的过程中，热交换的表面则会呈现对应ABS 以及出现沉积，这样就会对空气预热器工作效率造成很大的影响。SCR 出口位置的氨逃逸量务必要控制在3ppm 以下，以将空气预热器的检修和催化剂更换周期有效的延长。

目前国内火力发电厂氨逃逸量检测仪使用较多的为激光原位测量仪，该检测仪器进行微量氨检测时不需要进行采样，可直接性的进行氨浓度的测量，样气的取样和传送所可能出现的影响都很好的避免掉了，更没有转换仪器相关的转换效率问题影响。应该说使用激光原位法对微量氨进行测量要比抽取法微量氨测量效果高很多，也具有很大的测量优势。但是要注意现场烟道安装条件以及烟道壁振动的影响。

结语

随着社会各界对环境污染及空气质量的高度关注，火电厂烟气脱硫脱硝各类技术也已经成为了烟气净化技术进步的趋向。当下国内出现了很多有效的、可行性高的技术及设备，但是这些新方式相关的理论还是存在一定的问题，也还是处于试验阶段。对于大气污染的控制，更应该强调脱硫脱硝技术的深入研究，包括无污染吸收剂、新型设备、创新工艺、一体化监测系统等，为脱硫脱硝技术工业化使用提供可靠的理论依据。