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煙氣脫硝CEMS的設計與應用
煙氣脫硝CEMS中的分析技術
煙氣脫硝CEMS分析氮氧化物的技術主要有：
①紅外光譜技術，包括非分光紅外分析技術（NDIR)、氣體過濾相關紅外分析技術（GFC)NDIR、傅立葉變換紅外光譜分析技術（FTIR);
②紫色光譜技術 、紫外差分光學吸收光譜（DOAS);
③化學發光技術及電化學技術等。
在抽取采樣法系統中常用的NOX檢測技術是非分光紅外分析技術（NDIR)、氣體過濾相關紅外分析技術（GFC)NDIR和紫外光譜技術。
煙氣中NOX主要是NO及NO2，NO的含量一般占到90%以上。應用紅外光譜及紫外光譜分析儀器的測量對象是NO。對于NO2的監測，大多是通過氮氧化物轉換爐將NO2轉換為NO后進行測量 ，從而測得NOX的總量，采用NOX的總量減去不通過轉化爐單獨檢測的NO含量，就可以得到測量NO2的濃度。
在稀釋采樣法系統中經常采用化學發光法儀器測量NOX。化學發光法技術測量靈敏度高，其檢出限低至0.1μmol/mol。
在原位法直接測量NOX的系統中，主要采用紫外差分吸收光譜技術（UV-DOAS)。
脫硝出口的凈煙氣測量中，除測量氮氧化物外還需要測量微量的氨逃逸量。微量氨含量很低（3mg/L）左右且易溶于水，其測量難度較大，大多采用激光氣體光譜法原位測定，也可以采用催化還原-化學發光法及熱濕法傅立葉變換紅外光譜法（FTIR) 采樣測定。
煙氣脫硝CEMS的設計
（1）煙氣脫硝CEMS的取樣設計及分析方案
由于SCR反應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 取樣點煙氣濕度達350℃左右，煙塵含量最高達30%g/?左右，氮氧化物的含量與燃煤鍋爐燃燒的煤種有關，一般大天400mg/?。在SCR入口側檢測NOX，從分析技術來看沒有問題，難點主要在于必須采用高溫取樣探頭，探頭的加熱濕度應達到300℃以上。由于煙氣的酸露點約在180℃左右，因此傳輸管線應保持保溫在180℃以上（最好在200℃），這不同于脫硫的煙氣取樣。另外，除塵技術必須采取多級除塵技術，以滿足分析儀器的要求。
脫硝入口原煙氣要求監測氮氧化物和氧，分析方案如下：
a.采用原位法CEMS,選用非分光紅外分析器測量氮氧化物，電化學傳感器測氧，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，選用化學發光法NOX分析儀，可同時測量氣體中的NO、NO2、NH3等。
②脫硝出口凈煙氣分析 脫硝出口凈煙氣要求監測低濃度氮氧化物和微量氨逃逸量。
取樣點的工況條件也很惡劣，依然存在高溫、高塵，同時存在高溫及高腐蝕。由于SCR催化劑在高溫下工作（最高達450℃），煙氣與氨水在催化反應后生成N2和H2O，因此凈煙氣中含水量較高，腐蝕性較強，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量氮氧化物，分析方案基本與脫硝入口相同，但須注意，對脫硝出口的煙氣采樣應增加除氨及銨鹽環節，這是由于脫硝出口的煙氣中含有SO2、SO3、NO、NO2等酸性成分，會與逃逸氨發生反應，生成復雜的銨鹽化合物，對采樣系統造成堵塞。
對脫硝出口逃逸氨的監測，技術難度較大，可供選擇的技術方案有以下三種：
a. 采用原位型半導體激光光譜法測定微量氨，這是國內外廣泛認可和普遍采用的方法；
b. 采用間接催化劑還原-化學發光法同時測量NO、NO2、NH3,在日本應用較多，在國內很少采用；
c. 采用熱濕型高溫傅立葉紅外光譜法，可以同時分析NO、NO2、NH3等多種組分。目前將FTIR用于脫硝監測的不多。
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對氮氧化物的監測，通常只測量NO,在計算氮氧化物排放總量時，如需考慮NO2的影響量，則對測量的NO值進行修正。
但是在SCR出口的氮氧化物總量中，NO和NO2的比例不固定，有時可能達到1:1，甚至NO2的值更高。在SCR運行中，當噴入氨氣后，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出口檢測氮氧化物總量時，就考慮這種可能出現的NO2濃度較高的情況，必要時應增設氮氧化物轉換爐，將NO2轉換成NO測量；或者分別測量NO和NO2,立項計算氮氧化物的總排放量，才能真實反映SCR的脫硝效率。
（2）脫硝CEMS常規監測參數及范圍
脫硝裝置入口主要檢測NOX、O2及煙氣溫度、壓力等，其中含氧量的檢測主要作用是監控脫硝裝置的漏風率；煙氣溫度用于監控加入氨流量，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的條件。如果煙氣溫度低，氨不被還原，反而會和SO3生成銨鹽，降低催化劑的效果和使用壽命。還要檢測入口、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。同時還可以得知空氣預熱器的積灰和結晶情況。
（3）工況參數和測量和范圍
下表給出了典型的SCR脫硝反應器入口和出口各種污染物組分的含量和溫壓流參數。
脫硝CEMS 分析組分的測量范圍
脫硝入口測量范圍 NO 0~1000~2000mg/m3;
O2 0~25%;
脫硝出口測量范圍 NO 0~300mg/m3;
O2 0~25%;
NH3 0~10μmol/mol或0~20μmol/mol。
根據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。