張文杰

國電科學(xué)技術(shù)研究院

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國火電廠行業(yè)也隨之有了很大的進步。火電廠在生產(chǎn)過程中會對環(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)會嚴重影響空氣質(zhì)量，導(dǎo)致空氣治理持續(xù)降低，國內(nèi)外均利用脫硫技術(shù)對其煙氣進行一定程度凈化，達到標(biāo)準(zhǔn)的煙氣質(zhì)量。本文分析了火電廠煙氣脫硫監(jiān)測及氨逃逸量檢測的重要性，闡述了選擇性催化還原反應(yīng)儀器口氨逃逸量檢測，并介紹了相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。

近年來，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。我國的空氣質(zhì)量一直在持續(xù)下降，大氣污染問題也是日趨嚴重，對火電廠排放的煙氣進行脫硫脫硝，以便于控制住大氣污染程度。脫硫脫硝技術(shù)可區(qū)分為單獨脫硫、脫硝以及合并式脫硫脫硝與同時脫硫脫硝等技術(shù)類型?，F(xiàn)階段，我國的研究關(guān)鍵就是合并脫硫脫硝、同時脫硫脫硝，即一體化技術(shù)。

煙氣脫硫脫硝及對應(yīng)控制技術(shù)協(xié)同的重要性

二氧化氮、二氧化硫均屬于酸性氧化物質(zhì)，同時對其展開脫除對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來講有著很高的可行性。國內(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，SCR 技術(shù)設(shè)施的相關(guān)投資及運行費用較高，重點技術(shù)的難度很大，并且對應(yīng)高效率催化劑總是依賴于國外進口。SNCR 技術(shù)在反應(yīng)溫度以及停留時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；對煙氣脫硫脫硝及控制技術(shù)一體化來講，相關(guān)結(jié)構(gòu)是非常緊湊的，并且投資及運作費用較低，也便于運作中管理，該技術(shù)可做大范圍、大規(guī)模的使用。

煙氣脫硫脫硝

1、煙氣脫硫

干式脫硫的基本原理就是采用對應(yīng)催化劑或者吸收劑對煙氣中所含的二氧化硫進行脫除，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)含硫量低時對應(yīng)的脫硫效率就高，不過最終的產(chǎn)物不可以進行循環(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)性運作；濕法，濕法脫硫與對應(yīng)的干法脫硫不同，采用的吸收劑是液體，利用液體吸收劑進行煙氣中二氧化硫的吸收。一般常見的濕法脫硫是石灰石或是海水脫硫。國內(nèi)的眾多火電廠均是采用濕法脫硫技術(shù)對煙氣進行脫硫，該技術(shù)對應(yīng)的費用低，并且循環(huán)性較大以及最終的脫硫效率很高，煙氣進行脫硫之后所產(chǎn)生的物質(zhì)還可以回收利用，不過該體系較為復(fù)雜，并且相關(guān)設(shè)備的成本較高。

2、煙氣脫硝

煙氣脫硝技術(shù)是一項利用有效還原劑將一氧化氮、二氧化氮還原成氮氣的技術(shù)。目前國內(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、二氧化氮還原成氮氣以及水。SCR 技術(shù)整體來說較為成熟，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)。

3、聯(lián)合脫硫脫硝

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)進行各自獨立式工作，分別脫除煙氣中存在的二氧化硫以及氮氧化物，把相對單獨的脫硫與脫硝技術(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。不過這樣分級處理的方法還是兩個較為獨立的工藝程序，一般是利用兩套設(shè)備進行的獨立式脫硫脫硝，或者有時會在同一個設(shè)備中進行，不過其所占用的面積較大，并且相關(guān)程序較為復(fù)雜、投資及操作的費用也是較高。

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）在工程中應(yīng)用

1、CEMS 基本構(gòu)成與分類

（1）通常由顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理子系統(tǒng)等組成，測定煙氣中顆粒物濃度、氣態(tài)污染物濃度，同時測量煙氣溫度、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 一般會分為抽取測量法和直接測量法。所謂抽取測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、冷法進行直接性抽樣以及熱濕法式直接性抽樣采樣。直接測量法又分為點測量與線測量。

（2）在國內(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量。早年前國內(nèi)的火電廠煙氣的排放監(jiān)測體系均是伴隨著國外的諸多電站設(shè)施設(shè)備而被引進的，對應(yīng)的配套CEMS 設(shè)備具有多樣的取樣方法。近年來隨著大氣污染程度的不斷上升，國內(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)測為干基測量，對應(yīng)的火電廠CEMS 氣態(tài)污染物質(zhì)的測量基本上是采用干冷法而進行直接性的抽樣采樣體系。

2.干冷法直接抽取采樣系統(tǒng)

氣態(tài)污染物干冷法直接抽取測量系統(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)一般是利用加熱過濾取樣探頭進行采樣，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，通過冷凝器以及隔膜式抽氣泵、精密的過濾裝置、濕度警報儀、流量計等，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)基本上是利用蠕動泵及時排去冷凝器冷凝出來的水分，并使用旁邊的流量放空增加分析儀器的工作速度，應(yīng)用脈沖反吹來對探頭堵塞現(xiàn)象進行預(yù)防，使用這些儀器及策略來確保體系能夠正常的運作。

3、CEMS 數(shù)據(jù)采集與處理、傳送

（1）CEMS 體系大都是利用PLC 來展開現(xiàn)場化的數(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)的測量儀器模擬量輸出；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、壓測力等測量警報。

（2）數(shù)據(jù)處理體系最常見的就是由工控機或者是專門的監(jiān)控軟件所構(gòu)成的，并對實時收集PLC 所傳送的信號分析進行負責(zé)，且具備對應(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查詢、相關(guān)數(shù)據(jù)報表打印和傳送。該系統(tǒng)的傳輸還包含著與對應(yīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及火電廠DCS 的鏈接，還有把對應(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)異常狀況便可以進行自動式恢復(fù)及安全的管理能力。

4、CEMS 在線運行質(zhì)量

（1）首先，對于CEMS 技術(shù)來講運行質(zhì)量最關(guān)鍵的影響就是其自身的可靠性。從開始的取樣方法分析，以及各類CEMS 運作過程中都會有著可靠性的問題影響。直接式的抽取系統(tǒng)主要存在問題是該系統(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該系統(tǒng)的各類管道和相關(guān)器件都會有部分腐蝕作用；如果伴熱管線的加熱或者保溫效果不理想，冷凝的水分也會吸收部分二氧化硫并直接影響到低濃度二氧化硫檢測的精確性，更是影響了整個系統(tǒng)測量的精確度與可靠運行。

（2）其次，會影響到CEMS 運行質(zhì)量的就是該系統(tǒng)的日常維護以及備品備件能否及時的供應(yīng)。目前電廠的專業(yè)性維護人員一般就一個人。由于設(shè)備腐蝕以及設(shè)備老化、堵塞等，在CEMS 運行一段時間后還是很容易出現(xiàn)問題的，特別是高硫份地區(qū)的CEMS。如果運行維護人員管理維護不到位，加上備品備件儲存不足或供應(yīng)不及時，很容易影響設(shè)備的穩(wěn)定運行以及測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。也不利于指導(dǎo)脫硫脫硝設(shè)施的正常運行。

煙氣脫硝系統(tǒng)監(jiān)測分析與氨逃逸量檢測

1、煙氣脫硝系統(tǒng)監(jiān)測

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100mg/Nm3。煙氣脫硝進口與出口處氮氧化物的檢測一般使用直接抽取法CEMS，其最大的難點則是對應(yīng)煙氣高溫、高塵以及高濕高腐蝕，進而導(dǎo)致取樣探頭堵塞以及系統(tǒng)的腐蝕。相應(yīng)的策略是對相關(guān)的采樣和樣氣處理系統(tǒng)使用多級的過濾除塵和多級除濕以及利用氣溶膠來過濾除霧滴等有效對策，便于提升該系統(tǒng)的除塵與除濕的功能，以保證其可靠的運行。另一個存在比較普遍的問題是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不均勻性?？梢圆扇〉挠行Т胧┯幸韵聨c，一是在SCR 系統(tǒng)設(shè)計階段在SCR 系統(tǒng)入口盡量采用噴氨格柵，以及進行專門的CFD 流場模擬，增加導(dǎo)流板使得流場更加均勻。二是系統(tǒng)投運后如果發(fā)現(xiàn)SCR 反應(yīng)器出口NOx 濃度極不均勻，可以請專門的檢測單位進行SCR 反應(yīng)器出口NOx 均勻性以及噴氨均勻性試驗。三是增加取樣探頭進行多點采樣，進入混合器混合均勻后再送人分析儀進行分析。

2、氨逃逸量檢測

在整個煙氣脫硝過程中，對于噴氨量控制是非常關(guān)鍵的，其中氨逃逸量的精確測量是極為重要的。噴氨量一方面要確保能有足夠的氨與氮氧化物進行反應(yīng)，來減小氮氧化物質(zhì)的排放，提高脫硝效率。另一方面又要盡量的避免噴氨過量，造成不必要的浪費。噴氨量過量還會提高其自身腐蝕性并減短其催化的時間和壽命，更是會對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，使其堵塞嚴重。溫度下降時ABS 會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。煙氣通過空氣預(yù)熱器的過程中，熱交換的表面則會呈現(xiàn)對應(yīng)ABS 以及出現(xiàn)沉積，這樣就會對空氣預(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。

目前國內(nèi)火力發(fā)電廠氨逃逸量檢測儀使用較多的為激光原位測量儀，該檢測儀器進行微量氨檢測時不需要進行采樣，可直接性的進行氨濃度的測量，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，更沒有轉(zhuǎn)換儀器相關(guān)的轉(zhuǎn)換效率問題影響。應(yīng)該說使用激光原位法對微量氨進行測量要比抽取法微量氨測量效果高很多，也具有很大的測量優(yōu)勢。但是要注意現(xiàn)場煙道安裝條件以及煙道壁振動的影響。

結(jié)語

隨著社會各界對環(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)進步的趨向。當(dāng)下國內(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題，也還是處于試驗階段。對于大氣污染的控制，更應(yīng)該強調(diào)脫硫脫硝技術(shù)的深入研究，包括無污染吸收劑、新型設(shè)備、創(chuàng)新工藝、一體化監(jiān)測系統(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)。