摘要：由于国家环保局在线监测的数据是以脱硫出口烟气NOx浓度为标准，而大多数电厂以脱硝出口NOx浓度来调节喷氨量。由于测量采用的CEMS系统不同造成的偏差，安装位置不同造成的偏差，烟道内烟气流场不均匀，SCR反应不均匀等，这样就会导致脱硝出口NOx浓度与脱硫出口NOx浓度呈“倒挂现象”。这个问题长期以来一直困扰着运行人员。本文着重分析产生“倒挂现象”的原因，为电厂消除此种现象提供技术指导。
关键词：脱硝，CEMS，流场，倒挂现象
0 引言
所谓NOx倒挂问题是指烟气在线监测系统中显示的脱硫系统出口NOx浓度略大于脱硝系统出口NOx浓度。脱硝系统投运以来，一直存在脱硫系统出口NOx浓度比脱硝系统出口浓度偏高的现象。对脱硫系统烟气分析仪通入标气后，显示准确，同样对脱硫系统烟气分析仪通入标气后显示也是准确的。
1 脱硝脱硫方法简介
1.1脱硝方法简介
烟气脱硝技术是烟气通过还原剂把NOx还原为N2的一种技术。目前我国的脱硝技术还尚不成熟，主要以国外引进的技术为主。国外应用较多的是选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）以及联合法（SNCR-SCR）。
选择性催化还原法是指在催化剂的作用下，利用NH3或尿素将烟气中的NOx还原为N2和H2O。SCR法是世界上应用最多且最为成熟最有效的烟气脱硝技术，其脱硝效率可达到90%。
选择性非催化还原法是在没有催化剂的条件，高温喷入还原剂使其迅速分解为NH3，NH3与烟气中的NOx进行反映生成N2。SNCR工艺简单，操作简单，投资成本低，适用于老机组的改造，但脱硝效率较低，一般为25%～40%。
联合脱硝技术是一种SCR技术和SNCR技术的结合，将还原剂直接喷进炉膛内，高温下脱去部分NOx，然后未反应的还原剂进入SCR反应器与剩余的NOx进行催化反应。脱硫率可达80%，其优缺点介于SCR和SNCR之间。
1.2脱硫方法简介
烟气脱硫技术是减少烟气中SO2含量的有效方法之一，传统的烟气脱硫方法有干法脱硫、湿法脱硫和半干法脱硫。
干法脱硫的原理是用催化剂或吸收剂来脱除烟气中SO2，这些催化剂或吸收剂是固态的粉末或颗粒。典型的干法脱硫技术有氧化物法和活性炭法等，此技术在含硫量较低的情况下脱硫率较高，但脱硫产物不能循环使用。
湿法脱硫则与干法脱硫完全不同，所用给的吸收剂是液体，液体吸收剂来吸收烟气中的SO2。常用的湿法脱硫工艺有石灰石/石灰-石膏、海水脱硫工艺。湿法脱硫技术是我国大部分电厂所采用的烟气脱硫技术，此技术的成本较低、循环性大、脱硫效率高、脱硫后的产品易于回收利用，但系统比较复杂、设备成本比较高。
半干法是介于干法和湿法之间的脱硫方法。主要有喷雾半干法、炉内喷钙炉后活化法、灰外循环增势半干法和烟道流化床脱硫法等。
2 “倒挂现象”分析
下图为某电厂脱硝A/B侧烟道NOx浓度与脱硫烟囱NOx浓度对比数据，从图上可以看出，脱硝出口与脱硫出口NOx浓度测量存在“倒挂现象”，浓度存在偏差。
经分析发现主要是CEMS系统不同造成的偏差，安装位置不同造成的偏差，烟道内烟气流场不均匀，SCR反应不均匀等，使得脱硫脱硝出口NOx存在偏差。
某电厂脱硝脱硫NOx测量数据对比
2.1 CEMS系统不同造成的偏差
环保规范认可以下的三种测量方式，三种测量方式各有所长，其中完全抽取法在目前国内脱硫、脱硝项目中采用最多。
2.1.1 完全抽取法
分为红外吸收法和紫外吸收法，其原理基于气体分子对特定谱段的光的吸收，测量其衰减度，计算得到对应气体的浓度。由于烟气中含尘、含水，必须对烟气抽取管路加热，必须在烟气进入分析仪表前作除水、除尘处理。
2.1.2 稀释抽取法
洁净的稀释空气，以临界状态通过音速小孔时产生恒定的流量，获得稳定的大比例（如1：100）稀释空气。烟气稀释后被抽取送入分析仪表，测量得到污染物的浓度。通常烟气稀释后传输时可不再做加热，微量采样减少了对样气的处理工作量，但是对分析仪表的精度要求更高，需要严格控制稀释比。
2.1.3 直接测量法
红外或紫外分析仪表直接安装在烟道上，不用将烟气抽取出来。
大多数电厂脱硝系统与脱硫系统采用同种CEMS系统进行测量，也有部分电厂采用两种不同CEMS测量方法，相同测量方法对同种被测气体测量基本不存在偏差，当使用不同测量方法时，由于取样方式、烟气预处理方式、测量分析方式、现象标定校准方式不同，会对测量结果造成一定的差异，此种现象也是造成烟气NOx呈现“倒挂现象”的一个原因。
2.2 安装位置不同造成的偏差
脱硝出口NOx测点安装位置一般位于SCR烟道出口至空预器入口之间烟道，此部分烟气温度在300℃-350℃之间；脱硫出口NOx测点一般位于烟囱部位，此部分烟气温度在130℃-150℃之间，测量环境的不同，也是造成烟气NOx呈现“倒挂现象”的一个原因。
一般电厂脱硝采用双烟道布置，在空预器后，烟道合并为一个烟道，进行除尘、脱硫工艺，烟气会进一步混合，使得脱硝出口NOx测量与脱硫出口NOx测量存在差异，产生“倒挂现象”。
2.3烟道内烟气流场不均匀
国内大多数电厂采用双烟道布置，烟气由锅炉到输送至烟道，由于压力、温度、流速等各种因素影响，烟气流场不尽相同，为了调整烟气流场，在烟道内部设置导流结构，调平各区域流场，在开始阶段，流场均能保持相对均匀状态，经过长时间运行，导流装置的磨损，使得烟气流场呈现不均匀变化状态，且呈现多样性，无规律的变化。
NOx测量一般在烟道布置一个测点，测点位置相对固定，当流场发生变化后，测量也同时发生变化，导致各点测量不能准确反应整个烟道NOx浓度，再经过除尘烟道、脱硫烟道、烟囱的进一步混合，NOx测量也会存在差异。某些电厂脱硝出口烟道比较短，烟气未能充分混合，产生“倒挂现象”。
2.4 SCR反应不均匀
每个烟道只有一个自动氨量调节阀，在入口烟气NOx浓度分布不均匀、以及催化剂性能偏差较大的时候，使得出口NOx分布偏差很大，此种情况也是脱硝出口与脱硫出口产生“倒挂现象”的原因之一。
3 结论及建议
经分析发现，脱硝出口与脱硫出口产生“倒挂现象”的主要原因是CEMS系统不同造成的偏差，安装位置不同造成的偏差，烟道内烟气流场不均匀，SCR反应不均匀等；
建议利用CFD数值模拟软件对电厂脱硝SCR反应器流场进行模拟，通过流场优化、烟道优化、导流装置优化、混流器等措施优化反应器内流速场与浓度场。另外通过先进的喷氨控制策略，合理优化控制逻辑，实行自动化控制，同时对喷氨系统进行合理分区，进一步合理分配喷氨量，调节烟道浓度场，使其达到一个相对均匀状态，减小脱硝出口与脱硫出口的“倒挂现象”。
论文作者:周立强
论文发表刊物:《中国电业》2019年17期
论文发表时间:2019/12/17
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