火電廠煙氣脫硫脫硝監(jiān)測分析

安家圣 宋光耀 皮海林

【摘 要】火電行業(yè)是我國節(jié)能減排的重要控制點，為此在《國家環(huán)境保護“十一五”規(guī)劃》中明確地提出“二氧化硫、氮氧化物”的減排目標(biāo)，在此形勢背景下，不僅推動了我國火電廠脫硫脫硝工程的迅速發(fā)展，同時也極大地促進了火電廠煙氣脫硫脫硝監(jiān)測分析技術(shù)的發(fā)展從而為我國電力行業(yè)可持續(xù)運作發(fā)展提供保障。

【關(guān)鍵詞】火電廠；煙氣；脫硫脫硝；監(jiān)測

1 火電廠煙氣脫硫脫硝技術(shù)原理概述

1.1 煙氣脫硫

火電廠發(fā)電過程中，煙氣脫硫技術(shù)分為干式脫硫技術(shù)和半干式脫硫技術(shù)、濕式脫硫技術(shù)三種形式，其中干式脫硫技術(shù)的主要原理就是使用催化劑或者吸收劑等物質(zhì)，通過氧化物法和活性炭法對煙氣中的二氧化硫進行脫除。通常情況下，使用的催化劑和吸收劑主要是固態(tài)粉末或者顆粒物質(zhì)，此種脫硫技術(shù)整體的脫硫效率比較高，但是通過煙氣脫硫后最終得到的產(chǎn)物不利于循環(huán)利用。其次半干式脫硫技術(shù)，是處于干式脫硫技術(shù)和濕式脫硫技術(shù)之間的一種脫硫方式，主要的作用原理就是使用噴霧或者爐內(nèi)噴鈣爐及煙道硫化床等工具進行脫硫，此種脫硫技術(shù)的脫硫效率比較高，但是最終得到的脫硫產(chǎn)物循環(huán)率比較低。最后濕式脫硫技術(shù)主要是使用液體吸收劑對煙氣中的二氧化硫進行吸收，通常情況下常見的液體吸收劑就是石灰石和海水，現(xiàn)下在我國絕大多數(shù)的火電廠進行脫硫時采用的都是這種技術(shù)應(yīng)用方式，不但脫硫效率比較高，同時得到的脫硫產(chǎn)物還可以回收利用，但是此種脫硫方式程序復(fù)雜，因此相關(guān)成本較高。

1.2 煙氣脫硝

火電廠發(fā)電過程中，煙氣脫硝主要是利用有效的還原劑從而將一氧化氮、二氧化氮等氮氧化物還原成氮氣，從而實現(xiàn)脫硝的目的。從現(xiàn)下的脫硝技術(shù)分析，主要有 SCR還原技術(shù)、SNCR 還原技術(shù)、SNCR-SCR 還原技術(shù)，以 SCR還原技術(shù)為例，主要是通過液氮或者尿素等還原劑，通過水解或者熱解等方式，從而將水電廠煙氣中的氮氧化物還原成氮氣或者水，此種脫銷技術(shù)整理發(fā)展已經(jīng)比較成熟，脫硝效率、脫硝效果都非常好，因此現(xiàn)下絕大多數(shù)的水電廠煙氣中脫硝處理采用的都是此種技術(shù)。

1.3 聯(lián)合脫硫脫硝

火電廠發(fā)電過程中，聯(lián)合脫硫脫硝煙氣處理主要是整合了傳統(tǒng)煙氣脫硫技術(shù)和催化劑還原技術(shù)，進行了一種各自式的獨立工作，從而分別將火電廠中煙氣中的二氧化硫和氮氧化物清除，從而實現(xiàn)脫硫、脫硝一體化技術(shù)。聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)整體的工作效果是十分好的，不過這樣的分級處理方式，由于是兩個獨立的工藝程序在工作，因此往往要使用兩套設(shè)備獨立式的進行工作，而即使在一套設(shè)備中進行脫硫脫硝處理，此設(shè)備所占的空間面積也會比較大，同時操作程序復(fù)雜，因此聯(lián)合脫硫脫硝造價成本通常比較高。

2 火電廠煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)介紹

2.1 監(jiān)測系統(tǒng)的基本構(gòu)成與分類

火電廠煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)又被稱為 CEMS，通常情況下由顆粒物檢測系統(tǒng)、氣態(tài)物污染系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測量子系統(tǒng)組成，可以對煙氣顆粒物濃度、氣態(tài)物濃度污染物及煙氣溫度、煙氣流量、煙氣壓力、煙氣寒濕量等進行測量。而依照測量取樣方式，煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)又可以采用直接抽取采樣和稀釋抽取采樣兩種方式，在我國由于相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了煙氣污染物質(zhì)的排放濃度為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干煙氣數(shù)值，也就是進行干基測量，因此在火電廠進行脫硫脫硝監(jiān)測時，主要是采用直接抽取采樣方式。為此在火電廠煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)最常見的一種系統(tǒng)類型就是干冷法直接采取系統(tǒng)，在干冷法直接采取系統(tǒng)中主要由探頭、樣氣處理系統(tǒng)及在線分析表構(gòu)成，系統(tǒng)使用過程中，使用探頭進行取樣，通過電加熱管線將煙氣送至到煙氣處理系統(tǒng)之中，并通過冷凝泵、過濾裝置、濕度報警儀、流量計等，從而將冷卻至常溫的煙氣送到分析儀，并應(yīng)用脈沖反吹的方式，對探頭的堵塞情況做出預(yù)防，從而為系統(tǒng)正常運行做出保障。

2.2 監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理與傳送

煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)主要是利用 PLC 進行現(xiàn)場化的數(shù)字采集與控制，在進行數(shù)據(jù)采集的過程中，主要是采集煙氣中氣態(tài)化的污染物質(zhì)、煙塵濃度、煙氣溫度、壓力、速度及濕度等，這些數(shù)據(jù)可以通過測量儀器進行模擬輸出，從而相關(guān)儀器作出評定。而煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理體系，由工控機和專門監(jiān)控軟件構(gòu)成，從而將實時收集的 PLC 通過信號傳遞的方式進行數(shù)據(jù)顯示處理及單位換算，同時還可以通過文檔記錄和歷史記錄等方式進行查詢，并作出相關(guān)的打印傳送。在煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)中，進行數(shù)據(jù)傳輸時要與對應(yīng)的火電系統(tǒng) DCS 進行鏈接，然后傳送到環(huán)保部門，而在這個過程中，傳輸?shù)南嚓P(guān)數(shù)據(jù)必須要符合 HJ/T212-2005 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而 DAS 設(shè)備應(yīng)該是可以對出現(xiàn)的異常狀況進行自動回復(fù)處理的。

2.3 監(jiān)測系統(tǒng)在線運行質(zhì)量

煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)在運行過程中，影響運行質(zhì)量的因素有很多，首先從開始的取樣法作出分析以及運作過程中都可能對在線運行質(zhì)量造成影響，如在進行直接的抽樣取樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)最易出現(xiàn)的問題就是除濕及耐腐蝕、探頭堵塞問題，這是因為在處理煙氣的過程中，煙氣中的二氧化硫和水分會對系統(tǒng)中管道及管件產(chǎn)生一種腐蝕作用。此外若是系統(tǒng)中的伴熱管線及加熱或者保溫效果不理想，也會影響到冷凝水中的二氧化硫濃度檢測，從而對煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性可靠性造成影響。其次日常維修及備品部件供應(yīng)方面造成的影響，現(xiàn)下的火電廠通常專業(yè)性維修人員只有一人，而在煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)運行一段時間后，很容易出現(xiàn)堵塞或者老化問題，尤其是煙氣含硫量較高的位置，若是管理維修不到位或者備品供應(yīng)不及時，就會對煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)運行質(zhì)量造成一定的影響，這是在應(yīng)用 CEMS 時需要注意的。

3 火電廠煙氣脫硫脫硝監(jiān)測分析

3.1 火電廠煙氣脫硫監(jiān)測分析

在火電廠煙氣脫硫脫硝監(jiān)測系統(tǒng)迅速發(fā)展的過程中，CEMS 系統(tǒng)的測量要求也在不斷發(fā)生變化，如現(xiàn)下火電廠的脫硫設(shè)備效率已經(jīng)大幅度提升，如有數(shù)據(jù)調(diào)查顯示經(jīng)FGD 脫硫的凈煙氣中二氧化硫的濃度可以達到 50～200mg/Nm 3，由于煙氣中二氧化硫的濃度大幅度降低，這為 CEMS系統(tǒng)的測量增添了一定的難度，因此必須要采取有效的措施，提升 CEMS 系統(tǒng)的在線技術(shù)要求，如對于高含水煙氣，在 CEMS 系統(tǒng)中可以應(yīng)用多級除濕技術(shù)。而在現(xiàn)下在國外還應(yīng)用了滲透干燥管進行脫水，這些都將會極大地提升二氧化硫的監(jiān)測精準(zhǔn)度。

3.2 火電廠煙氣脫硝監(jiān)測分析

在火電廠中進行煙氣脫硝，主是使用 SCR 反應(yīng)器，而SCR 反應(yīng)器通常位于鍋爐尾部的省煤氣出口處，這也是高塵段位置，結(jié)合以往的數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，SCR 的煙氣脫硝的脫硝率大約可以達到 70%，而氮氧化物的濃度大約可以達到 100mg/Nm 3，而在對 SCR 反應(yīng)器的脫硫效率進行監(jiān)測時，則主要是使用直接抽取法 CEMS 系統(tǒng)，而應(yīng)用 CEMS系統(tǒng)進行監(jiān)測時，應(yīng)用的難點在于高溫、高濃度并具有腐蝕性的煙氣會對 CEMS 系統(tǒng)的探頭造成堵塞，為此現(xiàn)下的火電廠在使用 CEMS 系統(tǒng)進行監(jiān)測時，還會應(yīng)用氣溶膠或者多極除濕器等進行除濕，從而為系統(tǒng)監(jiān)測運行穩(wěn)定性提供保障。此外還存在的一個比較普遍的問題，就是 CEMS系統(tǒng)的探頭對具體的硫化物不能確定，這很容易導(dǎo)致 SCR系統(tǒng)入口噴氮濃度及煙氣的氣流出現(xiàn)不均勻性，為此在進行 SCR 系統(tǒng)設(shè)計時，就應(yīng)該是在 SCR 系統(tǒng)的入口處設(shè)置專門的 CFD 流場模擬，促使導(dǎo)流板更加均勻，同時還可以專門設(shè)置取樣探頭，從而更好的對火電廠中進行煙氣中的脫硝情況做出監(jiān)測。

4 結(jié)束語

在社會經(jīng)濟建設(shè)快速發(fā)展的過程中，環(huán)境污染問題也受到了社會各界的高度重視，因此對于火電廠而言，煙氣脫硫脫硝技術(shù)已成為未來的煙氣凈化技術(shù)發(fā)展的方向，因此為了能夠更好的推動我國電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，在今后還需不斷的強化煙氣脫硫脫硝監(jiān)測技術(shù)研究。

參考文獻：

[1]沈翔.基于物聯(lián)網(wǎng)的火電廠煙氣脫硝系統(tǒng)在線監(jiān)測平臺關(guān)鍵模型的研究[D].東南大學(xué)，2016.

[2]韓靜.楊凌熱電廠工程農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境影響評價[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2015.

（作者單位：河南九龍環(huán)保有限公司平東分公司）