隨著新環(huán)保法的實(shí)施，火力發(fā)電機(jī)組近零排放改造越來(lái)越成為主流，近零排放改造后，凈煙氣排放的NOX限值有100mg/Nm3下降至50mg/Nm3，脫硝噴氨量的增加降低了脫硝出口NOX量，NH3量增大改變了脫硝出口的氣體的化學(xué)組分含量，相應(yīng)對(duì)脫硝出口NOX的測(cè)量帶來(lái)了新的影響。本文主要檢討目前國(guó)內(nèi)脫硝方式，對(duì)脫硝出口NOX測(cè)量的方式方法進(jìn)行分析，給各火力發(fā)電廠近零排放改造后脫硝出口NOX測(cè)量提供參考及建議。

一、脫硝的方法有幾種類型還原法(SCR)

1.選擇性催化

2.非催化還原反應(yīng)

3.電子束煙氣脫硫脫銷方法

4.燃燒產(chǎn)物飛灰改性催化劑脫硝法

目前使用最多的是SCR，第4種方法還沒有實(shí)際使用。所有四種方法最終脫硝的反應(yīng)劑都是使用NH3，因此檢測(cè)儀器的選型有相似的地方。本文主要討論SCR中的監(jiān)測(cè)儀表選擇問題。

SCR設(shè)備運(yùn)行的計(jì)量平衡方式 :

6 NO + 4 NH3 ------ 5 N2 + 6 H2O

6 NO2 + 8 NH3 ------ + 12 H2O

6 NO + 6 NO2 + 12 NH3 ------ 12 N2 + 18 H2O

SCR的一般安裝應(yīng)用示意：

從化學(xué)反應(yīng)的平衡式得出的結(jié)論

1)在煙氣形成的過程中，NO2的的產(chǎn)率是很低的，所以，代表NOx的物質(zhì)是NO。但是隨時(shí)間推移，溫度降低，NO逐步轉(zhuǎn)換為NO2，所以環(huán)保指標(biāo)以NO2作為考核指標(biāo)。

2)NO的生成和溫度有關(guān)，當(dāng)溫度超過1000℃時(shí)，NO的產(chǎn)率增速很快。由于溫度提高對(duì)燃料的利用率關(guān)系很大，溫度高有利于熱效率的提高，但不利于對(duì)NO的控制。

3)NO的測(cè)量是控制最佳燃燒條件的重要手段。快速的NO分析結(jié)果，能夠在NO排放較少的情況下保持較高的燃燒溫度。這樣不僅減少了排放，而且還可以節(jié)省NH3的投放。

4)在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，由于用NO分析器控制燃燒條件很好，NO排放較少，可以使用比正常氨投放量小的加入量獲得好的效果，大多數(shù)不用檢測(cè)余氨。

5)出口NO的分析，如果能保持和氨的加入成正比關(guān)系，可以判斷逃逸氨的數(shù)量很小。

二、測(cè)量組份及其測(cè)量的難點(diǎn)

1.測(cè)量組份:NO,NO2,NH3

2.根據(jù)歐洲法規(guī),如NO2小于NOx的10%,可以不測(cè)NO2

3.在高粉塵應(yīng)用中,粉塵含量很高,可達(dá)到30g/m3

4.脫氮反應(yīng)在氣態(tài)進(jìn)行,流速很快,要求測(cè)量方法遲后時(shí)間少

5.NO2和NH3易溶于水,很容易被吸附

6.在熱濕條件下,如未反應(yīng)的余NH3較多,可能產(chǎn)生NH4NO3，NH4Cl，(NH4)2SO4，NH4HSO3和(NH4)2SO3造成堵塞

7.在理想的工藝條件下,余NH3很少,只有3ppm左右

8.由于NO比NH3多得多,使用CLD方法檢測(cè)誤差太大

9.抽取法需要解決堵塞問題

三、脫硝出口NOX測(cè)量?jī)煞N方案

脫硝出口NOX測(cè)量從測(cè)量型式上主要分原位式和抽取式兩種，從測(cè)量原理上主要分紅外和紫外型。

1.多組份紅外分析儀測(cè)量

采用多組份分析法，每臺(tái)SCR反應(yīng)器配一臺(tái)分析儀，分析儀含三個(gè)分析測(cè)量通道，一個(gè)用于入口NO的測(cè)量，一個(gè)用于出口NO的測(cè)量，另一個(gè)用于出口O2的測(cè)量。

SCR入口設(shè)1-3個(gè)采樣探頭，SCR出口設(shè)1-3個(gè)采樣探頭，入口和出口設(shè)有單獨(dú)的煙氣預(yù)處理系統(tǒng)。樣氣進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)除塵、除水、過濾，然后送入分析儀表進(jìn)行分析。 采樣探頭具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨和防堵功能。 分析儀表布置在帶空調(diào)的分析小屋內(nèi)，小屋露天布置反應(yīng)器符近的平臺(tái)上，每個(gè)SCR反應(yīng)器設(shè)一套分析小屋。 分析儀器具有一個(gè)清洗空氣系統(tǒng)以防止煙塵污染分析儀器部件，當(dāng)清洗空氣系統(tǒng)失效時(shí)，分析儀器上輸出干接點(diǎn)警報(bào)信號(hào)至DCS，并啟動(dòng)隔離快門以保護(hù)。

每臺(tái)SCR反應(yīng)器配一臺(tái)分析儀，分析儀含三個(gè)或四分析測(cè)量通道，一個(gè)用于入口NO的測(cè)量，一個(gè)用于出口NO的測(cè)量，另一個(gè)用于出口O2的測(cè)量，還可以增加一個(gè)入口O2的測(cè)量通道;在SCR入口和出口各設(shè)置一個(gè)采樣探頭，樣氣進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)過濾，然后送入分析儀表。

氣體分析儀單元：三個(gè)分析通道，2個(gè)NO測(cè)量通道(并聯(lián)氣路相互獨(dú)立，進(jìn)出口各一)1個(gè)O2測(cè)量模塊。(同出口NO測(cè)量模塊氣路串聯(lián))，還可以增加一個(gè)O2測(cè)量模塊。(同入口NO測(cè)量模塊氣路串聯(lián))

預(yù)處理單元：根據(jù)分析要求預(yù)處理雙路是并聯(lián)相互獨(dú)立。(包括控制反吹、采樣、取樣、除塵、脫水等功能)

取樣探頭：SCR入口設(shè)1-3個(gè)采樣探頭，

SCR出口設(shè)1-3個(gè)采樣探頭。 采樣后的煙氣進(jìn)入高溫混合器后進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)過濾，然后送入分析儀表。

取樣管線： 2-5根，SCR入口設(shè)1-3個(gè)采樣探頭對(duì)應(yīng)1-3根。 SCR出口設(shè)一個(gè)采樣探頭對(duì)應(yīng)一根。輸氣管線伴熱加溫，溫度保持在140℃以上(酸露點(diǎn)：130~135℃)，輸氣管線是自熱式的，利用加熱材料的居里點(diǎn)進(jìn)行控溫，當(dāng)溫度低于居里點(diǎn)時(shí)，它是導(dǎo)體，通過電流加熱。溫度超過居里點(diǎn)時(shí)，它轉(zhuǎn)為絕緣體，不加熱。居里點(diǎn)就是其恒定溫度。用該方法控溫的最大好處是可靠性高。選擇的加熱溫度140℃。加熱管線的外套是用抗紫外線照射和耐高低溫的絕熱材料制成的。

本方案特點(diǎn)：

優(yōu)勢(shì)：在滿足本工況特點(diǎn)基礎(chǔ)上響應(yīng)時(shí)間短、安裝簡(jiǎn)單、不需要儀表間、等優(yōu)點(diǎn)。

分析及取樣難度： 不同于脫硫工況。溫度高、含塵量高。要求反應(yīng)測(cè)量速度快(參與控制)。

2.用直插法測(cè)量方案

儀表能直接安裝在煙道上，實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)，儀表的防護(hù)等級(jí)不低于IP67，能防塵、防雨，與煙氣接觸測(cè)量探頭能耐磨、耐腐蝕、耐高溫，有防堵和自清潔裝置，儀表二次信號(hào)處理部分和傳感器為一體化。因?yàn)镾CR的出口和入口樣氣都含有高粉塵并具有很高的溫度。按照工藝要求，對(duì)樣氣的測(cè)量的響應(yīng)時(shí)間也應(yīng)該愈短愈好

本方案特點(diǎn)：

分析及取樣難度：不同于脫硫工況，溫度高、含塵量高，要求反映測(cè)量速度快(參與控制)。

四、近零排放改造后NOX測(cè)量的新問題

我廠脫硝出口氮氧化物分析儀原設(shè)計(jì)為德國(guó)GM31原位式紫外固定波長(zhǎng)氮氧化物分析儀，機(jī)組近零排放改造脫硝噴氨量增加后，出現(xiàn)脫硝出口氮氧化物值在機(jī)組高負(fù)荷(550MW以上)測(cè)量不準(zhǔn)的現(xiàn)象。與河南電科院多次實(shí)測(cè)比對(duì)(采用電化學(xué)式及紅外分析式)，偏低近20mg/m3。經(jīng)與電科院專家及SICK技師現(xiàn)場(chǎng)檢查分析：GM31分析儀為原位式紫外固定波長(zhǎng)檢測(cè)NO和NO2組分濃度，對(duì)低于25 mg/m3的高濃度NO可以較為準(zhǔn)確測(cè)量(與電科院測(cè)值吻合)，噴氨量增加后NO濃度降低，NH3濃度變化導(dǎo)致GM31檢測(cè)到的低濃度NO光譜吸收峰被覆蓋，NO濃度測(cè)量準(zhǔn)確度降低。

五、結(jié)論

經(jīng)廣泛調(diào)研其他電廠脫硝出口氮氧化物測(cè)量極少采用原位式紫外固定波長(zhǎng)測(cè)量，采用多組份紅外抽取式分析儀較多，因SICK公司生產(chǎn)的GM31原位式NOX分析儀為紫外固定波長(zhǎng)檢測(cè)，近零排放改造勢(shì)必會(huì)改變脫硝出口各組分含量，造成GM31檢測(cè)到的低濃度NO光譜吸收峰被覆蓋，分析儀無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量NO組分的低濃度。目前西克公司升級(jí)產(chǎn)品GM32為紫外光波長(zhǎng)自動(dòng)切換型測(cè)量，可以在被測(cè)氣體發(fā)生變化時(shí)自動(dòng)切換NO的測(cè)量波長(zhǎng)到干擾小的其他波長(zhǎng)繼續(xù)進(jìn)行小濃度準(zhǔn)確測(cè)量，該產(chǎn)品可以解決以上問題，另外依照各省環(huán)保廳相關(guān)文件要求，新建或改造的脫硝基站，應(yīng)安裝環(huán)保廳指定的維護(hù)廠商監(jiān)測(cè)設(shè)備。

另外，脫硝出口NOX測(cè)量?jī)x表的選型，除考慮設(shè)備穩(wěn)定可靠維護(hù)量小等因素外，盡量與煙囪排放NOX分析儀表的測(cè)量原理及形式保持一致，可避免測(cè)量方式和測(cè)量原理差異帶來(lái)的測(cè)量偏差，如國(guó)華孟津電廠在脫硝出口分析儀改造時(shí)，依照河南省環(huán)保廳要求選用了雪迪龍公司SCS-900監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分析儀為西門子U23紅外抽取式多組份分析儀，改造完成后經(jīng)與電科院及環(huán)保局實(shí)測(cè)比對(duì)，測(cè)量偏差在合格范圍內(nèi)。

脫硝出口NOX測(cè)量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性時(shí)脫硝噴氨自動(dòng)的基礎(chǔ)條件，近零排放改造后，空預(yù)器內(nèi)產(chǎn)生硫酸氫胺的增加，氨鹽的形成容易造成空預(yù)器阻力增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生空預(yù)器腐蝕堵塞，脫硝NOX值與NH3的測(cè)量顯得尤為重要，為脫硝及下游設(shè)備的安全運(yùn)行提供保障。