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NOx浓度分布在线监测系统研发及应用

北极星环保网来源:广东电力 叶福南 等2019/9/20 9:04:46我要投稿
所属行业: 环境监测  关键词:在线监测 氮氧化物 SCR脱硝

北极星环保网讯:氮氧化物是主要的大气污染物之一,其大量排放加剧了酸雨、光化学烟雾、区域细粒子危害以及灰霾等污染的形成,对人类的健康和生存造成了极大的危害。据统计,2017年我国发电装机容量为1. 77703 TW,其中火电装机容量为1. 10604TW,占总装机容量的62. 24%。

火电仍旧是我国电力供应的主要形式和大气污染物的主要排放来源,是实施主要污染物总量控制的重点领域之一。国家发改委、环保部和国家能源局联合发布了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》,明确提出东部地区新建燃煤机组的大气污染物排放浓度基本达到燃气机组排放限值,其中氮氧化物排放浓度(指质量浓度,下同)不高于50 mg/m3。

近年来部分地方提出了更高的排放标准,北京市《锅炉大气污染物排放标准》(DB 11/139-2015)和郑州市《2017年大气污染防治攻坚行动方案》均要求新建锅炉NOx排放低于30 mg/m3。陕西环保厅要求省内西安、宝鸡等五市的燃气锅炉进行低氮排放改造,保证NOx排放低于30 mg/m3。

《深圳市大气质量环境提升计划(2017-2020 )》要求新建燃气发电机组配套低氮燃烧器及选择性催化还原SCR脱硝设备,将NOx排放控制在15 mg/m3以下,2020年底前全市现有燃气发电机组通过低氮燃烧器或SCR改造,将E级和F级发电机组NOx排放分别控制在25mg/m3和15 mg/m3以下。

综上所述,为持续实施大气污染防治行动,打赢蓝天保卫战,我国将会在坚持源头防治的基础上不断提高污染物排放标准。

脱硝系统超低排放改造是目前燃煤电厂严格控制NOx排放的主要措施,其主要集中于增加催化剂层数、低氮燃烧器改造、烟道流场优化以及喷氨调整等方面。

国内多数燃煤企业已通过完成低氮燃烧器改造来降低NOx生成量而脱硝系统超低排放改造主要选择装填备用层催化剂提高脱硝系统效率的方案来满足NOx排放环保标准要求;但简单地通过增加催化剂用量提效后,会造成脱硝出口NOx浓度分布不均匀、局部逃逸氨浓度超过设计值和空气预热器堵塞严重等问题,需要进行脱硝诊断优化试验,依据实际情形进行流场和喷氨优化调整。

由于运行工况的复杂变化,离线的脱硝诊断优化调整的时效性难以长时间保持。上述脱硝系统超低排放改造的重点放在了提高脱硝效率和达标排放上,而忽略了脱硝自动调节控制品质对SCR脱硝系统运行稳定性和经济性的影响。

诸多学者对脱硝自动调节控制、提升SCR在线优化水平做了相关研究工作,通过对喷氨均衡优化自动控制,有效减少企业氨耗量,节省机组运行电耗,降低空气预热器堵塞风险,提高了系统运行稳定性和可靠性,实现了较好的经济效益。

SCR脱硝自动调节控制的关键在于获得代表性强的SCR出口NOx浓度分布结果,通过结合锅炉运行的主要参数,有效指导各分区喷氨调整优化。但现有的NOx在线监测系统大多是采用单点或者多点取样混合之后的测量模式,尤其是烟道截面尺寸较大时,NOx浓度分布较为不均匀,单点测量结果代表性差,多点混合测量结果无法满足喷氨的分区调整控制和无法实现基于NOx浓度分布的精细化喷氨调整。

因此,本文以满足动态的喷氨分区调整和SCR运行在线优化需求为目标,研发SCR出口烟气NOx浓度分布在线监测系统,并在燃煤电厂进行应用示范。该系统的应用可以显著提升SCR运行在线优化水平,为企业建立控制和降低氨逃逸、空预器堵塞、引风机电耗增加甚至腐蚀等风险的有效解决方案,提供重要的数据支持和技术支撑。

1系统总体设计

由于SCR烟道是高温、高湿、高粉尘的测量环境,烟道原位测量方式存在稳定性差、可靠性低等问题。因此,本系统采用烟气取样、预处理、再测量的方式;同时为了解决现有NOx在线监测系统单点测量结果代表性差和多点混合测量结果无法满足喷氨的分区调整控制的问题,本系统依据喷氨分区分布特点在A侧和B侧烟道各划分为5个取样分区,每个取样分区对应有长度不同的3根高温取样探头,共组成30路独立的网格化取样管路,有效保证系统所测量结果能够表征SCR烟道内NOx浓度分布的真实情况。

该系统主要由烟气采样、智能控制和烟气浓度分析模块等3个部分组成,如图1所示。SCR出口待测烟气在取样泵作用下,进人网格化布置的高温取样探头中,经过取样伴热管线送人智能控制柜,由智能控制柜按照设定的逻辑控制模式,基于电磁阀控制切换至特定测量管路后,待测烟气流人冷却器冷却,最后送往烟气分析仪,剩余烟气及分析废气排人烟道。

通过全巡回(A侧和B侧)检测模式,在20 min内依次获得2个侧烟道共30个测点的NO, O2, CO浓度,进而获得烟道内各气体浓度全截面分布的时空信息;通过单巡回(A侧或B侧)检测模式,在10min内依次获得各烟道15个测点的NO, O2, CO浓度,进而获得单侧烟道内各气体浓度截面分布的时空信息;通过自定义检测模式,可获得所选测点NO, O2, CO浓度值。此外,单侧烟道15路取样烟气通过汇流管混合后,由另一台烟气分析仪依次检测获得单侧烟道的NO和O2混合浓度值。

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图1 NOx浓度分布在线监测系统示意图

延伸阅读

氮氧化物(NOx)危害与SNCR、SCR控制技术

中低负荷下1000MW机组氮氧化物超低排放调整策略

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