關(guān)于煙氣監(jiān)測系統(tǒng)氮氧化物測量的優(yōu)化

楊 霞，喬 魁，張國民

（國家能源集團(tuán) 寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油分公司 儀表管理中心，銀川 750411）

0 引言

習(xí)近平總書記在《求是》雜志上發(fā)表文章指出：“要加快劃定并嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線、環(huán)境質(zhì)量底線、資源利用上線三條紅線。對突破三條紅線，仍然沿用粗放增長模式，吃祖宗飯?jiān)易訉O碗的事，絕對不能再干，絕對不允許再干?！睆闹锌梢钥闯錾鷳B(tài)保護(hù)紅線是中國生態(tài)環(huán)境保護(hù)的制度創(chuàng)新，是一條不可逾越的空間保護(hù)線，是保障和維護(hù)國家生態(tài)安全的底線和生命線。對于增強(qiáng)生態(tài)支撐能力，助推經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。但隨著中國西部經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有效利用能源，減少環(huán)境污染，降低安全生產(chǎn)事故頻次，防止突發(fā)環(huán)境事件，確保生命安全的重要性日益凸顯。制定并執(zhí)行環(huán)保政策和措施，旨在保護(hù)環(huán)境的同時改善人民的生活質(zhì)量，已經(jīng)成為國內(nèi)民生工程的關(guān)注點(diǎn)。煙氣污染物主要包括SO2，氮氧化物和顆粒物，氮氧化物對環(huán)境的損害作用極大，它既是形成酸雨的主要物質(zhì)之一，也是大氣中光化學(xué)煙霧形成的重要物質(zhì)和臭氧消耗的重要因子。所以有效地控制氮氧化物不僅關(guān)乎人們的生存環(huán)境，也影響著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有跨時代的歷史意義。

1 煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)氮氧化物監(jiān)測現(xiàn)狀

2017 年12 月29 日，國內(nèi)環(huán)境保護(hù)部新發(fā)布的環(huán)保規(guī)范（HJ/T75-2017），要求煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)中氮氧化物測量需對NO 及NO2同時進(jìn)行測量，然后根據(jù)不同的換算系數(shù)計(jì)算出氮氧化物的總值[1]。但在2017 年11 月之前，大部分工廠配制安裝煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)都是依據(jù)HJ/T75-2007 環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，僅對NO 進(jìn)行測量（煤燃燒產(chǎn)生氮氧化物比重），再通過公式將NO 的測量值換算為氮氧化物。這種簡單換算方法在不同的現(xiàn)場和工況下數(shù)據(jù)存在偏差，不能準(zhǔn)確反映氮氧化物總含量。

2 煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)氮氧化物監(jiān)測優(yōu)化改造目標(biāo)

充分利用現(xiàn)場現(xiàn)有設(shè)備，最大限度降低技改成本和縮短技改周期，在不對目前煙氣監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行整體更換的前提下，實(shí)現(xiàn)對NO 和NO2的同時測量，有效指導(dǎo)工藝調(diào)整工況，間接節(jié)約液氨消耗量，減少排放煙氣氨逃逸造成生態(tài)污染，避免污染物排放超標(biāo)造成周邊環(huán)境污染等。利用現(xiàn)有設(shè)備，實(shí)現(xiàn)所測參數(shù)由單一組分測量（NO）優(yōu)化為對NOX進(jìn)行綜合測量。通過PLC 和高精度溫控器實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制，配合催化劑實(shí)現(xiàn)NO2的高效率轉(zhuǎn)換，提高NO2轉(zhuǎn)換率和測量準(zhǔn)確性，保證所測參數(shù)與實(shí)際工況一致并滿足環(huán)保要求。

3 優(yōu)化改造的方案

2017 年12 月29 日生態(tài)環(huán)境部（原名環(huán)境保護(hù)部）頒布了HJ75-2017《固定污染源煙氣（SO2/NOX/顆料物）排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》文件，規(guī)定從2018 年3 月1 日起開始執(zhí)行，HJ75-2017 環(huán)保規(guī)范要求煙氣中的NO 和NO2都要測量。所以在2017 年12 月之前，全國大部分單位煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)只測量NO[1]。為了積極響應(yīng)最新環(huán)保要求，各單位升級、優(yōu)化CEMS 煙氣監(jiān)測子系統(tǒng)，增加一臺紅外線分析儀表用于NO2的測量，同時為了樣氣流量和溫度要求，必須更換或優(yōu)化取樣及預(yù)處理裝置。但此方案技改成本高，且安裝調(diào)試周期長，嚴(yán)重影響環(huán)保數(shù)據(jù)有效率。所以現(xiàn)需一個在不改變原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級優(yōu)化的方案。

因此，現(xiàn)在的技術(shù)趨勢是在盡可能少改造硬件的前提下，需在一個在不改變原有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級優(yōu)化的方案：可在原有的煙氣監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)處理后增加一臺NOX轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過降溫、除水、除塵煙氣以一定流量（1L/min ～2L/min）進(jìn)入轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器溫度控制在280℃～320℃，NO2在催化劑進(jìn)行催化反應(yīng)后還原成NO，轉(zhuǎn)化過程由現(xiàn)有PLC 統(tǒng)一集中控制。實(shí)施過程不需要單獨(dú)增加測量儀表即可實(shí)現(xiàn)對NO2的測量，不需要改變原有管路和取樣方式，無需在煙道重新開孔，無需工藝停車交出，優(yōu)化成本較低。優(yōu)化后的測量方式不影響對SO2等其他組分的測量，完全滿足HJ75-2017《固定污染源煙氣（SO2/NOX/顆料物）排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 優(yōu)化方案Fig.1 Optimization plan

下面以雪迪龍SCS-900 的煙氣監(jiān)測系統(tǒng)為例，具體優(yōu)化與改造的方案如下：

NO2/NO 轉(zhuǎn)換器裝有不銹鋼加熱內(nèi)筒、內(nèi)裝轉(zhuǎn)換材料，INOX 系列轉(zhuǎn)換器正是為此目的而設(shè)計(jì)的。該系列壽命長、轉(zhuǎn)換率高、穩(wěn)定性高[2]，在長時間在線工作方面有卓越的表現(xiàn)。但通入轉(zhuǎn)換器的樣氣需經(jīng)過樣氣預(yù)處理系統(tǒng)過濾干燥。濕潤或含懸浮顆粒的樣氣會破壞轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生不可挽回的損傷。每月定期使用潔凈空氣或零氣運(yùn)行系統(tǒng)5min ～10min，以沖洗雜質(zhì)。

4 煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)氮氧化物監(jiān)測優(yōu)化改造結(jié)果

1）實(shí)現(xiàn)所測氮氧化物由單一組分測量（NO）優(yōu)化為對NO 和NO2進(jìn)行綜合測量，所測參數(shù)與實(shí)際工況一致并滿足環(huán)保要求。

2）轉(zhuǎn)化爐對NO2的轉(zhuǎn)化率大于95%，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確反映氮氧化物總含量。

5 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益預(yù)測

5.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1.1 直接節(jié)約費(fèi)用

采買轉(zhuǎn)化爐及輔助設(shè)備一套需要6.5 萬元左右，采購一臺NO2分析儀表及更換或優(yōu)化采樣及預(yù)處理一套的費(fèi)用需要18.8 萬元左右。所以采用轉(zhuǎn)化爐技術(shù)，一套煙氣CEMS 由原來的單組份測量實(shí)現(xiàn)氮氧化物綜合測量可節(jié)省13 萬左右。

5.1.2 間接節(jié)約費(fèi)用

對氮氧化物準(zhǔn)確測量，有效指導(dǎo)工藝對工況的調(diào)整，可間接節(jié)約液氨消耗（對寧夏煤業(yè)煤制油鍋爐工況進(jìn)行分析，每月可節(jié)約6000t 液氨）。

5.2 社會效益分析

實(shí)現(xiàn)煙氣中氮氧化物的準(zhǔn)確測量，確保避免排放煙氣氨逃逸造成生態(tài)污染，避免污染物排放超標(biāo)造成周邊環(huán)境污染等。

6 結(jié)束語

生態(tài)環(huán)境保護(hù)是功在當(dāng)代、利在千秋的事業(yè)。要清醒認(rèn)識保護(hù)生態(tài)環(huán)境、治理環(huán)境污染的緊迫性和艱巨性，清醒認(rèn)識加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)的重要性和必要性，真正下決心把環(huán)境污染治理好，把生態(tài)環(huán)境建設(shè)好，努力走向社會主義生態(tài)文明新時代，為人民創(chuàng)造良好生產(chǎn)生活環(huán)境。因此，凡是2017 年11 月以前環(huán)保驗(yàn)收的化工項(xiàng)目均依據(jù)HJ/T75-2007 環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)只測量NO，通過公式將NO 的測量值換算為氮氧化物[3]。這種簡單換算方法在不同的現(xiàn)場和工況下數(shù)據(jù)存在偏差，不能準(zhǔn)確反映氮氧化物總含量，為了適應(yīng)最新環(huán)保法，這些企業(yè)均需對CEMS 煙氣在線系統(tǒng)氮氧化物的測量進(jìn)行優(yōu)化，均可采用此方法，既能夠有效地完善氮氧化物的監(jiān)測，還可大大降低項(xiàng)目投入，其環(huán)保和社會效益將是長期顯著地。