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烟气氮氧化物(NOX)在线检测系统应用分析

0 引言
氮氧化物(NOX)是造成大气污染的主要污染源之一,是形成酸雨、酸雾的主要原因之一,NOX与碳氢化合物形成光化学烟雾,NOX亦参与臭氧层的破坏,是破坏生态环境和损害人体健康的重要污染源之一,而我国以煤炭为主的能源结构导致NOx排放总量居高不下,“十一五”期间,NOx排放的快速增长加剧了复合型大气污染的形成,部分抵消了SO2减排的巨大努力。为减少锅炉NOx的排放,改善当地大气环境,适应新的环保政策,江苏徐塘发电有限责任公司决定对4、5号锅炉进行烟气脱硝改造,从而提出了对氮氧化物(NOX)的准确测量问题。
1工程概述
“江苏徐塘发电有限责任公司2×320MW机组烟气脱硝工程”,采用液氨法制备脱硝还原剂,选择性催化还原法(SCR)作为脱硝装置及配套系统改造。控制NOx浓度由500 mg/Nm3降低到75mg/Nm3(设计SCR效率85%),
脱硝装置性能主要如下:
脱硝装置在性能考核试验时(附加层催化剂不投运)的NOX脱除率不小于85%,保证出口小于75 mg/Nm3,氨的逃逸率小于2.5ppm,SO2/SO3转化率小于1%;
a) 锅炉50%THA~100%BMCR负荷;
b) 烟气入口NOX含量不大于(500)mg/Nm3;
c) 脱硝装置入口烟气含尘量小于(42)g/Nm3;
d) 烟气出口NOX含量低于(75)mg/Nm3;
e)NH3/NOx摩尔比不超过保证值( 0.86)时。
脱硝效率定义:
脱硝= C1-C2 ×100%
C1
式中:C1——脱硝系统运行时脱硝入口处烟气中NOX含量(mg/Nm3)。
C2——脱硝系统运行时脱硝出口处烟气中NOX含量(mg/Nm3)。
氨的逃逸率是指在脱硝装置出口的氨的浓度。

2.分析仪(NH3/NOx/O2)系统构成

2.1 测量系统分析
整套监测系统的前端监测探头安装在污染源监测点位置,监测信号经变送器转换处理后变为数字信号,由标准RS485串行接口传输到本地监控计算机,本地监控计算机和分析系统机柜放置在专用监测室内,在监控计算机上通过与之配套的在线环境监测网络系统对污染源氮氧化物(NOX)、NH3、温度、含氧量和压力等环境参数进行数据采集处理,以实现环境参数自动化数据报表处理和统计工作,并可通过电话网络或Internet网将监测数据传送到环境监测中心站或其他相关部门。也可选用模拟端口,或干接触进行参数传输或设备的控制。
系统采用完全抽取法采集样气,过滤后通过伴热管线传输气体,样气在分析仪前完成处理,使之成为干态的待测气体进入分析仪器进行检测。气体分析采用交替进样法及非分散红外原理检测样气。测量结果通过数字端口输入到数据采集设备。数据管理软件对原始数据进行处理,生成各种形式的报告,并可进行远程传输。
此外,为保障系统正常运行,系统设计了多种诊断和报警功能。可输出报警信号、作数椐标记或发出控制信号,如停止采样、启动反吹等。系统具有反吹、校准功能,它可以编程自动进行,也可以随时手动实施。校准使用标准钢瓶气,可直接校准分析部分,也可通过探头进行总体校准。
系列采用了具有创新性的三段脱水系统。该系统包括了一个水分分离器和两个电子冷却器。脱水系统的完美设计可确保将冷凝水带走的NOx等损失量降低到最低限度,从而保证了监测数据的准确性。

2.2对氮氧化物(NOX)的测量分析
在脱硝系统前后分别对NOx进行监测,可以让我们了解脱硝系统的效率。对氮氧化物(NOX)测量原理一般有:化学发光法(CLD)、非分散红外吸收法(NDIR)、紫外吸收法(UV)三种。本系统采用独特的交替流动调制化学发光法(CLD),从原理上消除了零点漂移,此外样气、零气交替进入同一个简册池,更进一步仪器本身不同带来的误差。NOX监测单元采用了低温NOX转化器,在一种特殊的碳族催化剂作用下,将NO2转化成NO.。该转化器的工作温度约为190℃,在确保NO2完全转化为NO的同时,耐用性和寿命大大提高,采用半导体传感器,能够测量0-10ppm微小含量的组份,比传统的传感器使用寿命更长,灵敏度、可靠性进一步提高。
在电磁阀的精确控制下,样气和参比气(待测成分浓度为零或为某个已知数的气体)以恒定的流量被交替地注入检测池内。红外线光源发出的红外线通过检测池后被检测器检测。当检测池内顺序通入样气和参比气时,对红外线能量的吸收就会产生变化,致使检测器中的薄片产生位移,位移被转化成电信号,最后计算出样气中待测成分的浓度。

2.3NH3监测的意义及SCR氨逃逸量测量分析
由于在脱硝过程中需要喷入NH3,所以需要对脱硝过程后残留的NH3进行监测,以保证最终的排放浓度在排放标准以内。在线监测系统的数据不但可以向相关部门汇报,而且可以直接作为脱硝过程中的过程控制参数,防止过多的NH3与SO3反应形成 NH4HSO3,通过有效利用NH3降低脱硝运行成本 。
由于NH3极易溶于水,造成测量不准,其对策主要是采用探头还原反应方式测量NH3,探头处温度比较高,可以防止NH3损失,由于探头深入烟道内,易于保持反应所需温度。本工程烟气脱硝入口及出口氮氧化物监测的在线分析采取直接抽取法,其难点在于被测烟气高温、高粉尘、高湿及高腐蚀,造成取样探头易堵塞,系统易腐蚀。因此对采样及样气处理系统采取多级过滤除尘,两级除湿,采取气溶胶过滤除雾滴等措施,提高系统除尘、除湿的能力,确保系统可靠运行。

3.日常维护检查项目
为了保证系统的正常运行,必须进行定期的检查和维护

4.常见故障对应
由于分析系统工作环境恶劣,系统会出现一些故障,及时迅速的消除故障,不仅能够保证主系统的安全运行,也可以延长分析仪的运行寿命。
4.1低流量-流量报警
现象:样气或标气浓度不能达到正常流量。
对应:
① 调整针阀(NV-1、NV-2);
② 确认采样泵运行情况(P-1),更换泵膜或者泵;
③ 检查二次过滤器是否阻塞(F-1/F-2),更换滤纸;
④ 检查P-2运行情况,更换泵膜;
⑤ 确认空气过滤器(FA-1)是否堵塞,更换空气过滤器;
⑥ 检查压力调节器(R-1)的设定压力和运行情况
设定压力:-0.01MPa;重新设定压力或者更换压力调节器;
⑦ 检查气路流程上其他相关部件是否有堵塞,或者漏气。

4.2取样温度异常
现象:操作面板上’SAMPLING 温度异常’变红色
对应:
① 检查电子冷却器(C-1,C-2)是否正常运行,如果异常请更换;
② 确认臭氧分解器加热器(DO-1)是否运行,如果异常请更换。

4.3NH3测量数据异常
现象:NH3测量数值波动异常或者测试值异常;
对应:
① 调整NOx气路与NOx-NH3气路管路系数,确保两管路测量同一气体时测试值一致;
② 对分析仪进行校正;
③ 更换探头NH3转换催化剂;
④ 更换NOx气路与NOx-NH3气路转化催化剂管(COM-1,COM-2)。

4.4不能正常校正
现象:零气或量程气校正系数超过设定范围,操作面板‘校正不能’变红色
对应:
① 确认标气流量是否正常,如果流量偏低,按照上面所述排除故障;
确认气瓶压力,如果气瓶压力过低或者无压力,请更换气瓶
② 检查校正气体设定浓度值是否与气瓶浓度值一致;
③ 确认电磁阀(SV-1,2,3,6)运行情况:如果电磁阀停止运行,操作面板上‘电磁阀停止’会变红色,更换电磁阀。

5 结束语
此系统运行一年以来,工作可靠,通过烟气组份(NH3/NOx/O2)的精确监测,保证了锅炉氮氧化物(NOX)排放的合格,改善了当地大气环境,其环保和社会效益将是长期显著的。