NOx濃度分布在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用

氮氧化物是主要的大氣污染物之一，其大量排放加劇了酸雨、光化學(xué)煙霧、區(qū)域細(xì)粒子危害以及灰霾等污染的形成，對(duì)人類的健康和生存造成了極大的危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國發(fā)電裝機(jī)容量為1. 77703 TW，其中火電裝機(jī)容量為1. 10604TW，占總裝機(jī)容量的62. 24%。

火電仍舊是我國電力供應(yīng)的主要形式和大氣污染物的主要排放來源，是實(shí)施主要污染物總量控制的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。國家發(fā)改委、環(huán)保部和國家能源局聯(lián)合發(fā)布了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》，明確提出東部地區(qū)新建燃煤機(jī)組的大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組排放限值，其中氮氧化物排放濃度(指質(zhì)量濃度，下同)不高于50 mg/m3。

近年來部分地方提出了更高的排放標(biāo)準(zhǔn)，北京市《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 11/139-2015)和鄭州市《2017年大氣污染防治攻堅(jiān)行動(dòng)方案》均要求新建鍋爐NOx排放低于30 mg/m3。陜西環(huán)保廳要求省內(nèi)西安、寶雞等五市的燃?xì)忮仩t進(jìn)行低氮排放改造，保證NOx排放低于30 mg/m3。pH做為基本的污水指標(biāo)，勢(shì)必成為供求的熱點(diǎn)，這對(duì)廣大的E-1312 pH電極制造商，比如美國BroadleyJames來說是個(gè)重大利好。美國BroadleyJames做為老牌的E-1312 pH電極制造商，必將為中國的環(huán)保事業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。我們美國BroadleyJames生產(chǎn)的E-1312 pH電極經(jīng)久耐用，質(zhì)量可靠，測(cè)試準(zhǔn)確，廣泛應(yīng)用于各級(jí)環(huán)保污水監(jiān)測(cè)以及污水處理過程。

《深圳市大氣質(zhì)量環(huán)境提升計(jì)劃(2017-2020 )》要求新建燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組配套低氮燃燒器及選擇性催化還原SCR脫硝設(shè)備，將NOx排放控制在15 mg/m3以下，2020年底前全市現(xiàn)有燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組通過低氮燃燒器或SCR改造，將E級(jí)和F級(jí)發(fā)電機(jī)組NOx排放分別控制在25mg/m3和15 mg/m3以下。

綜上所述，為持續(xù)實(shí)施大氣污染防治行動(dòng)，打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，我國將會(huì)在堅(jiān)持源頭防治的基礎(chǔ)上不斷提高污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

脫硝系統(tǒng)超低排放改造是目前燃煤電廠嚴(yán)格控制NOx排放的主要措施，其主要集中于增加催化劑層數(shù)、低氮燃燒器改造、煙道流場(chǎng)優(yōu)化以及噴氨調(diào)整等方面。

國內(nèi)多數(shù)燃煤企業(yè)已通過完成低氮燃燒器改造來降低NOx生成量而脫硝系統(tǒng)超低排放改造主要選擇裝填備用層催化劑提高脫硝系統(tǒng)效率的方案來滿足NOx排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求;但簡單地通過增加催化劑用量提效后，會(huì)造成脫硝出口NOx濃度分布不均勻、局部逃逸氨濃度超過設(shè)計(jì)值和空氣預(yù)熱器堵塞嚴(yán)重等問題，需要進(jìn)行脫硝診斷優(yōu)化試驗(yàn)，依據(jù)實(shí)際情形進(jìn)行流場(chǎng)和噴氨優(yōu)化調(diào)整。

由于運(yùn)行工況的復(fù)雜變化，離線的脫硝診斷優(yōu)化調(diào)整的時(shí)效性難以長時(shí)間保持。上述脫硝系統(tǒng)超低排放改造的重點(diǎn)放在了提高脫硝效率和達(dá)標(biāo)排放上，而忽略了脫硝自動(dòng)調(diào)節(jié)控制品質(zhì)對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的影響。

諸多學(xué)者對(duì)脫硝自動(dòng)調(diào)節(jié)控制、提升SCR在線優(yōu)化水平做了相關(guān)研究工作，通過對(duì)噴氨均衡優(yōu)化自動(dòng)控制，有效減少企業(yè)氨耗量，節(jié)省機(jī)組運(yùn)行電耗，降低空氣預(yù)熱器堵塞風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

SCR脫硝自動(dòng)調(diào)節(jié)控制的關(guān)鍵在于獲得代表性強(qiáng)的SCR出口NOx濃度分布結(jié)果，通過結(jié)合鍋爐運(yùn)行的主要參數(shù)，有效指導(dǎo)各分區(qū)噴氨調(diào)整優(yōu)化。但現(xiàn)有的NOx在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多是采用單點(diǎn)或者多點(diǎn)取樣混合之后的測(cè)量模式，尤其是煙道截面尺寸較大時(shí)，NOx濃度分布較為不均勻，單點(diǎn)測(cè)量結(jié)果代表性差，多點(diǎn)混合測(cè)量結(jié)果無法滿足噴氨的分區(qū)調(diào)整控制和無法實(shí)現(xiàn)基于NOx濃度分布的精細(xì)化噴氨調(diào)整。

因此，本文以滿足動(dòng)態(tài)的噴氨分區(qū)調(diào)整和SCR運(yùn)行在線優(yōu)化需求為目標(biāo)，研發(fā)SCR出口煙氣NOx濃度分布在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并在燃煤電廠進(jìn)行應(yīng)用示范。該系統(tǒng)的應(yīng)用可以顯著提升SCR運(yùn)行在線優(yōu)化水平，為企業(yè)建立控制和降低氨逃逸、空預(yù)器堵塞、引風(fēng)機(jī)電耗增加甚至腐蝕等風(fēng)險(xiǎn)的有效解決方案，提供重要的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)支撐。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

由于SCR煙道是高溫、高濕、高粉塵的測(cè)量環(huán)境，煙道原位測(cè)量方式存在穩(wěn)定性差、可靠性低等問題。因此，本系統(tǒng)采用煙氣取樣、預(yù)處理、再測(cè)量的方式;同時(shí)為了解決現(xiàn)有NOx在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)量結(jié)果代表性差和多點(diǎn)混合測(cè)量結(jié)果無法滿足噴氨的分區(qū)調(diào)整控制的問題，本系統(tǒng)依據(jù)噴氨分區(qū)分布特點(diǎn)在A側(cè)和B側(cè)煙道各劃分為5個(gè)取樣分區(qū)，每個(gè)取樣分區(qū)對(duì)應(yīng)有長度不同的3根高溫取樣探頭，共組成30路獨(dú)立的網(wǎng)格化取樣管路，有效保證系統(tǒng)所測(cè)量結(jié)果能夠表征SCR煙道內(nèi)NOx濃度分布的真實(shí)情況。

該系統(tǒng)主要由煙氣采樣、智能控制和煙氣濃度分析模塊等3個(gè)部分組成，如圖1所示。SCR出口待測(cè)煙氣在取樣泵作用下，進(jìn)人網(wǎng)格化布置的高溫取樣探頭中，經(jīng)過取樣伴熱管線送人智能控制柜，由智能控制柜按照設(shè)定的邏輯控制模式，基于電磁閥控制切換至特定測(cè)量管路后，待測(cè)煙氣流人冷卻器冷卻，最后送往煙氣分析儀，剩余煙氣及分析廢氣排人煙道。

通過全巡回(A側(cè)和B側(cè))檢測(cè)模式，在20 min內(nèi)依次獲得2個(gè)側(cè)煙道共30個(gè)測(cè)點(diǎn)的NO, O2, CO濃度，進(jìn)而獲得煙道內(nèi)各氣體濃度全截面分布的時(shí)空信息;通過單巡回(A側(cè)或B側(cè))檢測(cè)模式，在10min內(nèi)依次獲得各煙道15個(gè)測(cè)點(diǎn)的NO, O2, CO濃度，進(jìn)而獲得單側(cè)煙道內(nèi)各氣體濃度截面分布的時(shí)空信息;通過自定義檢測(cè)模式，可獲得所選測(cè)點(diǎn)NO, O2, CO濃度值。此外，單側(cè)煙道15路取樣煙氣通過匯流管混合后，由另一臺(tái)煙氣分析儀依次檢測(cè)獲得單側(cè)煙道的NO和O2混合濃度值。