隨著新環(huán)保法的實施，火力發(fā)電機組近零排放改造越來越成為主流，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組分含量，相應(yīng)對脫硝出口NOX的測量帶來了新的影響。本文主要檢討目前國內(nèi)脫硝方式，對脫硝出口NOX測量的方式方法進行分析，給各火力發(fā)電廠近零排放改造后脫硝出口NOX測量提供參考及建議。

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，因此檢測儀器的選型有相似的地方。本文主要討論SCR中的監(jiān)測儀表選擇問題。

SCR設(shè)備運行的計量平衡方式 :

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。但是隨時間推移，溫度降低，NO逐步轉(zhuǎn)換為NO2，所以環(huán)保指標以NO2作為考核指標。

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

3)NO的測量是控制最佳燃燒條件的重要手段?？焖俚腘O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)達國家，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、測量組份及其測量的難點

1.測量組份:NO,NO2,NH3

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

3.在高粉塵應(yīng)用中,粉塵含量很高,可達到30g/m3

4.脫氮反應(yīng)在氣態(tài)進行,流速很快,要求測量方法遲后時間少

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方法檢測誤差太大

9.抽取法需要解決堵塞問題

三、脫硝出口NOX測量兩種方案

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

1.多組份紅外分析儀測量

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

SCR入口設(shè)1-3個采樣探頭，SCR出口設(shè)1-3個采樣探頭，入口和出口設(shè)有單獨的煙氣預(yù)處理系統(tǒng)。樣氣進入預(yù)處理系統(tǒng)除塵、除水、過濾，然后送入分析儀表進行分析。 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)器符近的平臺上，每個SCR反應(yīng)器設(shè)一套分析小屋。 分析儀器具有一個清洗空氣系統(tǒng)以防止煙塵污染分析儀器部件，當清洗空氣系統(tǒng)失效時，分析儀器上輸出干接點警報信號至DCS，并啟動隔離快門以保護。

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

氣體分析儀單元：三個分析通道，2個NO測量通道(并聯(lián)氣路相互獨立，進出口各一)1個O2測量模塊。(同出口NO測量模塊氣路串聯(lián))，還可以增加一個O2測量模塊。(同入口NO測量模塊氣路串聯(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個采樣探頭，

SCR出口設(shè)1-3個采樣探頭。 采樣后的煙氣進入高溫混合器后進入預(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個采樣探頭對應(yīng)1-3根。 SCR出口設(shè)一個采樣探頭對應(yīng)一根。輸氣管線伴熱加溫，溫度保持在140℃以上(酸露點：130~135℃)，輸氣管線是自熱式的，利用加熱材料的居里點進行控溫，當溫度低于居里點時，它是導(dǎo)體，通過電流加熱。溫度超過居里點時，它轉(zhuǎn)為絕緣體，不加熱。居里點就是其恒定溫度。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：

優(yōu)勢：在滿足本工況特點基礎(chǔ)上響應(yīng)時間短、安裝簡單、不需要儀表間、等優(yōu)點。

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)測量速度快(參與控制)。

2.用直插法測量方案

儀表能直接安裝在煙道上，實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，儀表的防護等級不低于IP67，能防塵、防雨，與煙氣接觸測量探頭能耐磨、耐腐蝕、耐高溫，有防堵和自清潔裝置，儀表二次信號處理部分和傳感器為一體化。因為SCR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，對樣氣的測量的響應(yīng)時間也應(yīng)該愈短愈好

本方案特點：

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

四、近零排放改造后NOX測量的新問題

我廠脫硝出口氮氧化物分析儀原設(shè)計為德國GM31原位式紫外固定波長氮氧化物分析儀，機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組高負荷(550MW以上)測量不準的現(xiàn)象。與河南電科院多次實測比對(采用電化學式及紅外分析式)，偏低近20mg/m3。經(jīng)與電科院專家及SICK技師現(xiàn)場檢查分析：GM31分析儀為原位式紫外固定波長檢測NO和NO2組分濃度，對低于25 mg/m3的高濃度NO可以較為準確測量(與電科院測值吻合)，噴氨量增加后NO濃度降低，NH3濃度變化導(dǎo)致GM31檢測到的低濃度NO光譜吸收峰被覆蓋，NO濃度測量準確度降低。

五、結(jié)論

經(jīng)廣泛調(diào)研其他電廠脫硝出口氮氧化物測量極少采用原位式紫外固定波長測量，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檢測，近零排放改造勢必會改變脫硝出口各組分含量，造成GM31檢測到的低濃度NO光譜吸收峰被覆蓋，分析儀無法準確測量NO組分的低濃度。目前西克公司升級產(chǎn)品GM32為紫外光波長自動切換型測量，可以在被測氣體發(fā)生變化時自動切換NO的測量波長到干擾小的其他波長繼續(xù)進行小濃度準確測量，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)保廳指定的維護廠商監(jiān)測設(shè)備。

另外，脫硝出口NOX測量儀表的選型，除考慮設(shè)備穩(wěn)定可靠維護量小等因素外，盡量與煙囪排放NOX分析儀表的測量原理及形式保持一致，可避免測量方式和測量原理差異帶來的測量偏差，如國華孟津電廠在脫硝出口分析儀改造時，依照河南省環(huán)保廳要求選用了雪迪龍公司SCS-900監(jiān)測系統(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)保局實測比對，測量偏差在合格范圍內(nèi)。

脫硝出口NOX測量的準確性與穩(wěn)定性時脫硝噴氨自動的基礎(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，嚴重時會發(fā)生空預(yù)器腐蝕堵塞，脫硝NOX值與NH3的測量顯得尤為重要，為脫硝及下游設(shè)備的安全運行提供保障。