关于烟气监测系统氮氧化物测量的优化

杨 霞，乔 魁，张国民

（国家能源集团 宁夏煤业集团煤制油分公司 仪表管理中心，银川 750411）

0 引言

习近平总书记在《求是》杂志上发表文章指出：“要加快划定并严守生态保护红线、环境质量底线、资源利用上线三条红线。对突破三条红线，仍然沿用粗放增长模式，吃祖宗饭砸子孙碗的事，绝对不能再干，绝对不允许再干。”从中可以看出生态保护红线是中国生态环境保护的制度创新，是一条不可逾越的空间保护线，是保障和维护国家生态安全的底线和生命线。对于增强生态支撑能力，助推经济社会可持续发展具有重要的意义。但随着中国西部经济的发展，有效利用能源，减少环境污染，降低安全生产事故频次，防止突发环境事件，确保生命安全的重要性日益凸显。制定并执行环保政策和措施，旨在保护环境的同时改善人民的生活质量，已经成为国内民生工程的关注点。烟气污染物主要包括SO2，氮氧化物和颗粒物，氮氧化物对环境的损害作用极大，它既是形成酸雨的主要物质之一，也是大气中光化学烟雾形成的重要物质和臭氧消耗的重要因子。所以有效地控制氮氧化物不仅关乎人们的生存环境，也影响着经济发展，具有跨时代的历史意义。

1 烟气在线监测系统氮氧化物监测现状

2017 年12 月29 日，国内环境保护部新发布的环保规范（HJ/T75-2017），要求烟气在线监测系统中氮氧化物测量需对NO 及NO2同时进行测量，然后根据不同的换算系数计算出氮氧化物的总值[1]。但在2017 年11 月之前，大部分工厂配制安装烟气在线监测系统都是依据HJ/T75-2007 环保行业标准进行的，仅对NO 进行测量（煤燃烧产生氮氧化物比重），再通过公式将NO 的测量值换算为氮氧化物。这种简单换算方法在不同的现场和工况下数据存在偏差，不能准确反映氮氧化物总含量。

2 烟气在线监测系统氮氧化物监测优化改造目标

充分利用现场现有设备，最大限度降低技改成本和缩短技改周期，在不对目前烟气监测系统进行整体更换的前提下，实现对NO 和NO2的同时测量，有效指导工艺调整工况，间接节约液氨消耗量，减少排放烟气氨逃逸造成生态污染，避免污染物排放超标造成周边环境污染等。利用现有设备，实现所测参数由单一组分测量（NO）优化为对NOX进行综合测量。通过PLC 和高精度温控器实现准确控制，配合催化剂实现NO2的高效率转换，提高NO2转换率和测量准确性，保证所测参数与实际工况一致并满足环保要求。

3 优化改造的方案

2017 年12 月29 日生态环境部（原名环境保护部）颁布了HJ75-2017《固定污染源烟气（SO2/NOX/颗料物）排放连续监测技术规范》文件，规定从2018 年3 月1 日起开始执行，HJ75-2017 环保规范要求烟气中的NO 和NO2都要测量。所以在2017 年12 月之前，全国大部分单位烟气排放连续监测系统只测量NO[1]。为了积极响应最新环保要求，各单位升级、优化CEMS 烟气监测子系统，增加一台红外线分析仪表用于NO2的测量，同时为了样气流量和温度要求，必须更换或优化取样及预处理装置。但此方案技改成本高，且安装调试周期长，严重影响环保数据有效率。所以现需一个在不改变原有设备的基础上进行升级优化的方案。

因此，现在的技术趋势是在尽可能少改造硬件的前提下，需在一个在不改变原有设备的基础上进行升级优化的方案：可在原有的烟气监测系统预处理后增加一台NOX转换器，经过降温、除水、除尘烟气以一定流量（1L/min ～2L/min）进入转换器，转换器温度控制在280℃～320℃，NO2在催化剂进行催化反应后还原成NO，转化过程由现有PLC 统一集中控制。实施过程不需要单独增加测量仪表即可实现对NO2的测量，不需要改变原有管路和取样方式，无需在烟道重新开孔，无需工艺停车交出，优化成本较低。优化后的测量方式不影响对SO2等其他组分的测量，完全满足HJ75-2017《固定污染源烟气（SO2/NOX/颗料物）排放连续监测技术规范》标准要求。

图1 优化方案Fig.1 Optimization plan

下面以雪迪龙SCS-900 的烟气监测系统为例，具体优化与改造的方案如下：

NO2/NO 转换器装有不锈钢加热内筒、内装转换材料，INOX 系列转换器正是为此目的而设计的。该系列寿命长、转换率高、稳定性高[2]，在长时间在线工作方面有卓越的表现。但通入转换器的样气需经过样气预处理系统过滤干燥。湿润或含悬浮颗粒的样气会破坏转换器，产生不可挽回的损伤。每月定期使用洁净空气或零气运行系统5min ～10min，以冲洗杂质。

4 烟气在线监测系统氮氧化物监测优化改造结果

1）实现所测氮氧化物由单一组分测量（NO）优化为对NO 和NO2进行综合测量，所测参数与实际工况一致并满足环保要求。

2）转化炉对NO2的转化率大于95%，实现准确反映氮氧化物总含量。

5 经济效益和社会效益预测

5.1 经济效益分析

5.1.1 直接节约费用

采买转化炉及辅助设备一套需要6.5 万元左右，采购一台NO2分析仪表及更换或优化采样及预处理一套的费用需要18.8 万元左右。所以采用转化炉技术，一套烟气CEMS 由原来的单组份测量实现氮氧化物综合测量可节省13 万左右。

5.1.2 间接节约费用

对氮氧化物准确测量，有效指导工艺对工况的调整，可间接节约液氨消耗（对宁夏煤业煤制油锅炉工况进行分析，每月可节约6000t 液氨）。

5.2 社会效益分析

实现烟气中氮氧化物的准确测量，确保避免排放烟气氨逃逸造成生态污染，避免污染物排放超标造成周边环境污染等。

6 结束语

生态环境保护是功在当代、利在千秋的事业。要清醒认识保护生态环境、治理环境污染的紧迫性和艰巨性，清醒认识加强生态文明建设的重要性和必要性，真正下决心把环境污染治理好，把生态环境建设好，努力走向社会主义生态文明新时代，为人民创造良好生产生活环境。因此，凡是2017 年11 月以前环保验收的化工项目均依据HJ/T75-2007 环保行业标准进行的，烟气排放连续监测系统只测量NO，通过公式将NO 的测量值换算为氮氧化物[3]。这种简单换算方法在不同的现场和工况下数据存在偏差，不能准确反映氮氧化物总含量，为了适应最新环保法，这些企业均需对CEMS 烟气在线系统氮氧化物的测量进行优化，均可采用此方法，既能够有效地完善氮氧化物的监测，还可大大降低项目投入，其环保和社会效益将是长期显著地。