NOx濃度分布在線監(jiān)測系統研發(fā)及應用

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、光化學煙霧、區(qū)域細粒子危害以及灰霾等污染的形成，對人類的健康和生存造成了極大的危害。據統計，2017年我國發(fā)電裝機容量為1. 77703 TW，其中火電裝機容量為1. 10604TW，占總裝機容量的62. 24%。

火電仍舊是我國電力供應的主要形式和大氣污染物的主要排放來源，是實施主要污染物總量控制的重點領域之一。國家發(fā)改委、環(huán)保部和國家能源局聯合發(fā)布了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》，明確提出東部地區(qū)新建燃煤機組的大氣污染物排放濃度基本達到燃氣機組排放限值，其中氮氧化物排放濃度(指質量濃度，下同)不高于50 mg/m3。

近年來部分地方提出了更高的排放標準，北京市《鍋爐大氣污染物排放標準》(DB 11/139-2015)和鄭州市《2017年大氣污染防治攻堅行動方案》均要求新建鍋爐NOx排放低于30 mg/m3。陜西環(huán)保廳要求省內西安、寶雞等五市的燃氣鍋爐進行低氮排放改造，保證NOx排放低于30 mg/m3。pH做為基本的污水指標，勢必成為供求的熱點，這對廣大的E-1312 pH電極制造商，比如美國BroadleyJames來說是個重大利好。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)帶來可觀的經濟效益。我們美國BroadleyJames生產的E-1312 pH電極經久耐用，質量可靠，測試準確，廣泛應用于各級環(huán)保污水監(jiān)測以及污水處理過程。

《深圳市大氣質量環(huán)境提升計劃(2017-2020 )》要求新建燃氣發(fā)電機組配套低氮燃燒器及選擇性催化還原SCR脫硝設備，將NOx排放控制在15 mg/m3以下，2020年底前全市現有燃氣發(fā)電機組通過低氮燃燒器或SCR改造，將E級和F級發(fā)電機組NOx排放分別控制在25mg/m3和15 mg/m3以下。

綜上所述，為持續(xù)實施大氣污染防治行動，打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，我國將會在堅持源頭防治的基礎上不斷提高污染物排放標準。

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

國內多數燃煤企業(yè)已通過完成低氮燃燒器改造來降低NOx生成量而脫硝系統超低排放改造主要選擇裝填備用層催化劑提高脫硝系統效率的方案來滿足NOx排放環(huán)保標準要求;但簡單地通過增加催化劑用量提效后，會造成脫硝出口NOx濃度分布不均勻、局部逃逸氨濃度超過設計值和空氣預熱器堵塞嚴重等問題，需要進行脫硝診斷優(yōu)化試驗，依據實際情形進行流場和噴氨優(yōu)化調整。

由于運行工況的復雜變化，離線的脫硝診斷優(yōu)化調整的時效性難以長時間保持。上述脫硝系統超低排放改造的重點放在了提高脫硝效率和達標排放上，而忽略了脫硝自動調節(jié)控制品質對SCR脫硝系統運行穩(wěn)定性和經濟性的影響。

諸多學者對脫硝自動調節(jié)控制、提升SCR在線優(yōu)化水平做了相關研究工作，通過對噴氨均衡優(yōu)化自動控制，有效減少企業(yè)氨耗量，節(jié)省機組運行電耗，降低空氣預熱器堵塞風險，提高了系統運行穩(wěn)定性和可靠性，實現了較好的經濟效益。

SCR脫硝自動調節(jié)控制的關鍵在于獲得代表性強的SCR出口NOx濃度分布結果，通過結合鍋爐運行的主要參數，有效指導各分區(qū)噴氨調整優(yōu)化。但現有的NOx在線監(jiān)測系統大多是采用單點或者多點取樣混合之后的測量模式，尤其是煙道截面尺寸較大時，NOx濃度分布較為不均勻，單點測量結果代表性差，多點混合測量結果無法滿足噴氨的分區(qū)調整控制和無法實現基于NOx濃度分布的精細化噴氨調整。

因此，本文以滿足動態(tài)的噴氨分區(qū)調整和SCR運行在線優(yōu)化需求為目標，研發(fā)SCR出口煙氣NOx濃度分布在線監(jiān)測系統，并在燃煤電廠進行應用示范。該系統的應用可以顯著提升SCR運行在線優(yōu)化水平，為企業(yè)建立控制和降低氨逃逸、空預器堵塞、引風機電耗增加甚至腐蝕等風險的有效解決方案，提供重要的數據支持和技術支撐。

1系統總體設計

由于SCR煙道是高溫、高濕、高粉塵的測量環(huán)境，煙道原位測量方式存在穩(wěn)定性差、可靠性低等問題。因此，本系統采用煙氣取樣、預處理、再測量的方式;同時為了解決現有NOx在線監(jiān)測系統單點測量結果代表性差和多點混合測量結果無法滿足噴氨的分區(qū)調整控制的問題，本系統依據噴氨分區(qū)分布特點在A側和B側煙道各劃分為5個取樣分區(qū)，每個取樣分區(qū)對應有長度不同的3根高溫取樣探頭，共組成30路獨立的網格化取樣管路，有效保證系統所測量結果能夠表征SCR煙道內NOx濃度分布的真實情況。

該系統主要由煙氣采樣、智能控制和煙氣濃度分析模塊等3個部分組成，如圖1所示。SCR出口待測煙氣在取樣泵作用下，進人網格化布置的高溫取樣探頭中，經過取樣伴熱管線送人智能控制柜，由智能控制柜按照設定的邏輯控制模式，基于電磁閥控制切換至特定測量管路后，待測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側和B側)檢測模式，在20 min內依次獲得2個側煙道共30個測點的NO, O2, CO濃度，進而獲得煙道內各氣體濃度全截面分布的時空信息;通過單巡回(A側或B側)檢測模式，在10min內依次獲得各煙道15個測點的NO, O2, CO濃度，進而獲得單側煙道內各氣體濃度截面分布的時空信息;通過自定義檢測模式，可獲得所選測點NO, O2, CO濃度值。此外，單側煙道15路取樣煙氣通過匯流管混合后，由另一臺煙氣分析儀依次檢測獲得單側煙道的NO和O2混合濃度值。