烟气氮氧化物测量偏差的原因及解决方案

杨万才，李 悦

(北京洛卡环保技术有限公司，北京 100022)

随着社会的发展，环境问题日益突出，氮氧化物NOx是主要的大气污染物之一，氮氧化物(NOx) 对人体健康和环境有很大的副面影响，光化学反应使NO2分解为NO和O3，大气中臭氧对人体健康十分有害。NO、NO2参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环境污染。氧化二氮是一种温室气体，会破坏臭氧层。电站、钢铁、水泥等行业是主要的NOx排放源。

1 氮氧化物形成机理

1.1 燃料型 NOx

在600～800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60%～80%。

1.2 热力型 NOx

燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生。

1.3 快速型 NOx

在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。

脱硝是降低烟气中氮氧化物的主要措施，目前比较典型的脱硝工艺有SCR、SNCR、SCR+SNCR等，为严格执行环境保护政策，达到最新烟气大气污染物排放标准及公司环保要求，必须采用高效、经济、实用的SCR脱硝技术进行处理。SCR脱硝技术成熟，脱硝效率高，适用范围广，可以满足超低排放标准，运行成本及工程造价适中。

2 SCR脱硝系统氮氧化物测量

大多数企业烟气中氮氧化物测量采用的是抽取式CEMS测量系统[1]，测量系统成熟，基本可以满足排放口烟气污染源的在线监测要求。

SCR脱硝效率定义：

式中：C1—脱硝系统运行时脱硝入口处烟气中NOx含量(mg/Nm3)(标态、干基、以NO2计)；

C2—脱硝系统运行时脱硝出口处烟气中NOx含量(mg/Nm3)(标态、干基、以NO2计)。

要得到真实的脱硝效率，必须要准确测量烟气中氮氧化物的浓度，而氮氧化物浓度的测量，除了仪表定期标准，运行检修之外，重要的一个条件是测量方式及取点位置要合理，取样具有代表性，取出来的气体必须能真实代表烟道中烟气的混合成分，反应烟道烟气组分浓度，否则测量值不准确，会严重影响脱硝效率的计算。

但多数机组普遍存在脱排放口NOx与脱硝出口NOx的测量值存在偏差。排放口和脱硝出口CEMS用标气校准都是合格的为什么还会存在偏差呢，下面对偏差原因进行分析。

(1)烟道漏风会对NOx测量值产生一定的偏差。

(2)取样点设置位置。

绝大部分火电厂排放口测点选择的位置要么在烟囱要么在有足够直管段的净烟道，这说明排放口测点烟气混合均匀，取样具有代表性，测量准确。

脱硝系统由于锅炉结构的限制，脱硝系统反应区安装紧凑，烟气流场分布不均，目前国内主要通过CFD模型推演结果合理布置导流板解决这一问题。同时采用喷氨格栅进行多点喷氨来实现氨气均匀喷入，但实际上喷氨不能做到完全均匀，即使做了喷氨调平，由于阀门和流场的限制也只能改善这个情况。喷氨的不均导致反应区反应不均匀，由于脱硝出口反应区一出来就要进入空预器，根本来不及混合，所以CEMS系统单管取样抽取的脱硝出口的烟气通常是没有代表性的。

(3)取样探头设计不合理。

CEMS取样探头大多数为单管取样，由于烟道内监测点单一及取样探头插入烟道内的长度较短，对于大截面的烟道取样代表性较差，在脱硝出口氮氧化物不均匀的情况下，采用单管取样，很难得到均匀且有代表性的样品。以上原因可以说明，脱硝出口CEMS测点取样方式不具代表性是导致大多数火电厂排放口和脱硝出口测量值产生偏差的主要原因。

危害：

(1)脱硝喷氨控制是基于脱硝出口NOx测量的控制，NOx取样不均，测量不准确，影响脱硝喷氨量的控制。

(2)脱硝出口NOx取样不均，测量不准确，容易造成过量喷氨或喷氨不足，加剧氨逃逸或脱硝效率降低。

(3)脱硝出口NOx与排放口NOx显示不一致，容易引起社会对环保数据的质疑，造成不良影响。

3 解决方案

针对这一问题设计了一套相对均匀取样的阵列式装置用于实现脱硝出口烟气的均匀取样问题。

在SCR反应器出口与空预器中间的烟道上设置一套阵列式装置取出烟气，通过管道引至空预器后方，根据空预器的阻力，来设计阵列取样装置及取样母管联箱的管径、流速、流量；确保取样装置的阻力要远小于空预器阻力，这样烟气在压差的作用下通过取样装置输送到空预器后方的烟道内，在取样母管联箱处开孔将取出来的烟气送到CEMS设备中进行测量；烟气中的粉尘会进入取样管路造成堵塞，所以设计联箱母管上安装两路杂用空气吹扫管道。吹扫管接入母管联箱两端偏下位置，压缩空气从厂区仪用压缩空气管路就近引入，用于取样管的事故吹扫，在管路发生堵灰情况下使用。

阵列装置SCR出口烟气取样示意图见图1。

图1 阵列装置SCR出口烟气取样示意图

4 结语

阵列装置取出的烟气相对于现有单一取点方式取出的烟气相比，取样的氮氧化物均匀性更好，取出的样品更有代表性，测量值更准确，得到更真实的脱硝效率，整体脱硝系统控制更为稳定。