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煙氣脫硝CEMS的設計與應用

更新日期:2024-08-14點擊次數:834

煙氣脫硝CEMS中的分析技術

煙氣脫硝CEMS分析氮氧化物的技術主要有:

①紅外光譜技術,包括非分光紅外分析技術(NDIR)、氣體過濾相關紅外分析技術(GFC)NDIR、傅立葉變換紅外光譜分析技術(FTIR);

②紫色光譜技術 、紫外差分光學吸收光譜(DOAS);

③化學發光技術及電化學技術等。

在抽取采樣法系統中常用的NOX檢測技術是非分光紅外分析技術(NDIR)、氣體過濾相關紅外分析技術(GFC)NDIR和紫外光譜技術。

煙氣中NOX主要是NO及NO2,NO的含量一般占到90%以上。應用紅外光譜及紫外光譜分析儀器的測量對象是NO。對于NO2的監測,大多是通過氮氧化物轉換爐將NO2轉換為NO后進行測量 ,從而測得NOX的總量,采用NOX的總量減去不通過轉化爐單獨檢測的NO含量,就可以得到測量NO2的濃度。

在稀釋采樣法系統中經常采用化學發光法儀器測量NOX。化學發光法技術測量靈敏度高,其檢出限低至0.1μmol/mol。

在原位法直接測量NOX的系統中,主要采用紫外差分吸收光譜技術(UV-DOAS)。

脫硝出口的凈煙氣測量中,除測量氮氧化物外還需要測量微量的氨逃逸量。微量氨含量很低(3mg/L)左右且易溶于水,其測量難度較大,大多采用激光氣體光譜法原位測定,也可以采用催化還原-化學發光法及熱濕法傅立葉變換紅外光譜法(FTIR) 采樣測定。

煙氣脫硝CEMS的設計

(1)煙氣脫硝CEMS的取樣設計及分析方案

     由于SCR反應器位于鍋爐省煤器出口的高溫、高塵段,處理的鍋爐煙氣量達100%,因此脫硝CEMS的工況條件較為惡劣。

①脫硝入口原煙氣分析 取樣點煙氣濕度達350℃左右,煙塵含量最高達30%g/?左右,氮氧化物的含量與燃煤鍋爐燃燒的煤種有關,一般大天400mg/?。在SCR入口側檢測NOX,從分析技術來看沒有問題,難點主要在于必須采用高溫取樣探頭,探頭的加熱濕度應達到300℃以上。由于煙氣的酸露點約在180℃左右,因此傳輸管線應保持保溫在180℃以上(最好在200℃),這不同于脫硫的煙氣取樣。另外,除塵技術必須采取多級除塵技術,以滿足分析儀器的要求。

脫硝入口原煙氣要求監測氮氧化物和氧,分析方案如下:

a.采用原位法CEMS,選用非分光紅外分析器測量氮氧化物,電化學傳感器測氧,這是比較成熟的方案;

b.采用原位法CEMS,選用紫外光譜儀測量氮氧化物,氧化鋯探頭沒氧;

c.也可以采用稀釋抽取法CEMS,選用化學發光法NOX分析儀,可同時測量氣體中的NO、NO2、NH3等。

②脫硝出口凈煙氣分析  脫硝出口凈煙氣要求監測低濃度氮氧化物和微量氨逃逸量。

取樣點的工況條件也很惡劣,依然存在高溫、高塵,同時存在高溫及高腐蝕。由于SCR催化劑在高溫下工作(最高達450℃),煙氣與氨水在催化反應后生成N2和H2O,因此凈煙氣中含水量較高,腐蝕性較強,加上氮氧化物濃度要求低于100mg/?,微量氨逃逸量要求控制在3μmol/mol左右,而微量氨又極易溶于水,這些都對抽取法采樣處理提出了苛刻的要求。

如果脫硝后的凈煙氣只要求測量氮氧化物,分析方案基本與脫硝入口相同,但須注意,對脫硝出口的煙氣采樣應增加除氨及銨鹽環節,這是由于脫硝出口的煙氣中含有SO2、SO3、NO、NO2等酸性成分,會與逃逸氨發生反應,生成復雜的銨鹽化合物,對采樣系統造成堵塞。

對脫硝出口逃逸氨的監測,技術難度較大,可供選擇的技術方案有以下三種:

a. 采用原位型半導體激光光譜法測定微量氨,這是國內外廣泛認可和普遍采用的方法;

b. 采用間接催化劑還原-化學發光法同時測量NO、NO2、NH3,在日本應用較多,在國內很少采用;

c. 采用熱濕型高溫傅立葉紅外光譜法,可以同時分析NO、NO2、NH3等多種組分。目前將FTIR用于脫硝監測的不多。

燃煤電廠煙氣中的氮氧化物主要是NO和NO2,一般情況下NO和NO2的比例約為9:1,即NO含量為85%~95%。燃煤電廠脫硝CEMS對氮氧化物的監測,通常只測量NO,在計算氮氧化物排放總量時,如需考慮NO2的影響量,則對測量的NO值進行修正。

但是在SCR出口的氮氧化物總量中,NO和NO2的比例不固定,有時可能達到1:1,甚至NO2的值更高。在SCR運行中,當噴入氨氣后,NO的值變化較大,和噴氨量成反比。但NO2變化量不大,甚至在氨逃逸量較大的情況下,其濃度還有所增加。SCR出口檢測氮氧化物總量時,就考慮這種可能出現的NO2濃度較高的情況,必要時應增設氮氧化物轉換爐,將NO2轉換成NO測量;或者分別測量NO和NO2,立項計算氮氧化物的總排放量,才能真實反映SCR的脫硝效率。

(2)脫硝CEMS常規監測參數及范圍

 脫硝裝置入口主要檢測NOX、O2及煙氣溫度、壓力等,其中含氧量的檢測主要作用是監控脫硝裝置的漏風率;煙氣溫度用于監控加入氨流量,通常在SCR裝置中,煙溫超過300℃才可以噴氨,否則不具備還原反應的條件。如果煙氣溫度低,氨不被還原,反而會和SO3生成銨鹽,降低催化劑的效果和使用壽命。還要檢測入口、出口處的煙氣壓力差,可以得知催化劑層的壓損和堵塞情況,為吹灰提供信息。同時還可以得知空氣預熱器的積灰和結晶情況。

(3)工況參數和測量和范圍

 下表給出了典型的SCR脫硝反應器入口和出口各種污染物組分的含量和溫壓流參數。

圖片1.png

 

脫硝CEMS 分析組分的測量范圍

脫硝入口測量范圍  NO   0~1000~2000mg/m3;

                  O2   0~25%;

脫硝出口測量范圍  NO   0~300mg/m3;

O2    0~25%;

NH3   0~10μmol/mol或0~20μmol/mol。

根據HJ562-2010的要求,采用SCR工藝的脫硝裝置,脫硝出口的逃逸氨濃度要控制在2.5mg/m3以下。


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