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煙氣脫硝CEMS的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
煙氣脫硝CEMS中的分析技術(shù)
煙氣脫硝CEMS分析氮氧化物的技術(shù)主要有：
①紅外光譜技術(shù),，包括非分光紅外分析技術(shù)（NDIR),、氣體過濾相關(guān)紅外分析技術(shù)（GFC)NDIR、傅立葉變換紅外光譜分析技術(shù)（FTIR);
②紫色光譜技術(shù) ,、紫外差分光學(xué)吸收光譜（DOAS);
③化學(xué)發(fā)光技術(shù)及電化學(xué)技術(shù)等,。
在抽取采樣法系統(tǒng)中常用的NOX檢測(cè)技術(shù)是非分光紅外分析技術(shù)（NDIR),、氣體過濾相關(guān)紅外分析技術(shù)（GFC)NDIR和紫外光譜技術(shù),。
煙氣中NOX主要是NO及NO2,，NO的含量一般占到90%以上,。應(yīng)用紅外光譜及紫外光譜分析儀器的測(cè)量對(duì)象是NO。對(duì)于NO2的監(jiān)測(cè),，大多是通過氮氧化物轉(zhuǎn)換爐將NO2轉(zhuǎn)換為NO后進(jìn)行測(cè)量 ,，從而測(cè)得NOX的總量，采用NOX的總量減去不通過轉(zhuǎn)化爐單獨(dú)檢測(cè)的NO含量,，就可以得到測(cè)量NO2的濃度,。
在稀釋采樣法系統(tǒng)中經(jīng)常采用化學(xué)發(fā)光法儀器測(cè)量NOX?；瘜W(xué)發(fā)光法技術(shù)測(cè)量靈敏度高,，其檢出限低至0.1μmol/mol。
在原位法直接測(cè)量NOX的系統(tǒng)中,，主要采用紫外差分吸收光譜技術(shù)（UV-DOAS),。
脫硝出口的凈煙氣測(cè)量中，除測(cè)量氮氧化物外還需要測(cè)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(cè)量難度較大,，大多采用激光氣體光譜法原位測(cè)定,，也可以采用催化還原-化學(xué)發(fā)光法及熱濕法傅立葉變換紅外光譜法（FTIR) 采樣測(cè)定。
煙氣脫硝CEMS的設(shè)計(jì)
（1）煙氣脫硝CEMS的取樣設(shè)計(jì)及分析方案
由于SCR反應(yīng)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(dá)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(diǎn)煙氣濕度達(dá)350℃左右,，煙塵含量最高達(dá)30%g/?左右，氮氧化物的含量與燃煤鍋爐燃燒的煤種有關(guān),，一般大天400mg/?,。在SCR入口側(cè)檢測(cè)NOX，從分析技術(shù)來看沒有問題,，難點(diǎn)主要在于必須采用高溫取樣探頭,，探頭的加熱濕度應(yīng)達(dá)到300℃以上。由于煙氣的酸露點(diǎn)約在180℃左右,，因此傳輸管線應(yīng)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(shù)必須采取多級(jí)除塵技術(shù),，以滿足分析儀器的要求。
脫硝入口原煙氣要求監(jiān)測(cè)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(cè)量氮氧化物,，電化學(xué)傳感器測(cè)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(cè)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(xué)發(fā)光法NOX分析儀,，可同時(shí)測(cè)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(jiān)測(cè)低濃度氮氧化物和微量氨逃逸量。
取樣點(diǎn)的工況條件也很惡劣,，依然存在高溫,、高塵，同時(shí)存在高溫及高腐蝕,。由于SCR催化劑在高溫下工作（最高達(dá)450℃）,，煙氣與氨水在催化反應(yīng)后生成N2和H2O，因此凈煙氣中含水量較高,，腐蝕性較強(qiáng),，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(duì)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(cè)量氮氧化物,，分析方案基本與脫硝入口相同,，但須注意，對(duì)脫硝出口的煙氣采樣應(yīng)增加除氨及銨鹽環(huán)節(jié),，這是由于脫硝出口的煙氣中含有SO2、SO3,、NO,、NO2等酸性成分，會(huì)與逃逸氨發(fā)生反應(yīng),，生成復(fù)雜的銨鹽化合物,，對(duì)采樣系統(tǒng)造成堵塞。
對(duì)脫硝出口逃逸氨的監(jiān)測(cè),，技術(shù)難度較大,，可供選擇的技術(shù)方案有以下三種：
a. 采用原位型半導(dǎo)體激光光譜法測(cè)定微量氨，這是國(guó)內(nèi)外廣泛認(rèn)可和普遍采用的方法,；
b. 采用間接催化劑還原-化學(xué)發(fā)光法同時(shí)測(cè)量NO,、NO2,、NH3,在日本應(yīng)用較多，在國(guó)內(nèi)很少采用,；
c. 采用熱濕型高溫傅立葉紅外光譜法,，可以同時(shí)分析NO、NO2,、NH3等多種組分,。目前將FTIR用于脫硝監(jiān)測(cè)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(duì)氮氧化物的監(jiān)測(cè)，通常只測(cè)量NO,在計(jì)算氮氧化物排放總量時(shí),，如需考慮NO2的影響量,，則對(duì)測(cè)量的NO值進(jìn)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(shí)可能達(dá)到1:1，甚至NO2的值更高,。在SCR運(yùn)行中,，當(dāng)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(cè)氮氧化物總量時(shí),，就考慮這種可能出現(xiàn)的NO2濃度較高的情況,，必要時(shí)應(yīng)增設(shè)氮氧化物轉(zhuǎn)換爐，將NO2轉(zhuǎn)換成NO測(cè)量,；或者分別測(cè)量NO和NO2,立項(xiàng)計(jì)算氮氧化物的總排放量,，才能真實(shí)反映SCR的脫硝效率。
（2）脫硝CEMS常規(guī)監(jiān)測(cè)參數(shù)及范圍
脫硝裝置入口主要檢測(cè)NOX,、O2及煙氣溫度,、壓力等，其中含氧量的檢測(cè)主要作用是監(jiān)控脫硝裝置的漏風(fēng)率,；煙氣溫度用于監(jiān)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(yīng)的條件,。如果煙氣溫度低,，氨不被還原，反而會(huì)和SO3生成銨鹽,，降低催化劑的效果和使用壽命,。還要檢測(cè)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(shí)還可以得知空氣預(yù)熱器的積灰和結(jié)晶情況,。
（3）工況參數(shù)和測(cè)量和范圍
下表給出了典型的SCR脫硝反應(yīng)器入口和出口各種污染物組分的含量和溫壓流參數(shù),。
脫硝CEMS 分析組分的測(cè)量范圍
脫硝入口測(cè)量范圍 NO 0~1000~2000mg/m3;
O2 0~25%;
脫硝出口測(cè)量范圍 NO 0~300mg/m3;
O2 0~25%;
NH3 0~10μmol/mol或0~20μmol/mol。
根據(jù)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。