一、產(chǎn)品概述

   煙氣連續(xù)在線監(jiān)測系統(tǒng)運用抽取冷凝采樣、后散射煙塵濃度測量、皮托管煙氣流速測量及計算機網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，實現(xiàn)了固定污染源污染物排放濃度和排放總量的在線連續(xù)監(jiān)測。同時又針對國內(nèi)煤種較雜、煤質(zhì)變化大、污染物排放濃度高、煙氣濕度大的狀況從技術(shù)上進行了改進。并按照國家標準設(shè)計定型，提供專業(yè)的中文操作平臺及中文報表功能、多組模擬量及開關(guān)量輸入輸出接口，可實現(xiàn)現(xiàn)場總線的連接以及多種通訊方法的選用，使系統(tǒng)運行方便靈活。

    煙氣連續(xù)在線監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）是功能齊全，整體水平固定污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)。主要由以下幾個子系統(tǒng)組成：

    1、固態(tài)顆粒物連續(xù)監(jiān)測子系統(tǒng)，采用激光后散射單點監(jiān)測。

    2、氣態(tài)污染物連續(xù)監(jiān)測子系統(tǒng)多組分氣體分析儀（SO2、NOX、CO、CO2、HCL、HF、NH3）

    3、煙氣含氧量、煙氣流量、壓力、溫度，濕度等煙氣參數(shù)連續(xù)監(jiān)測子系統(tǒng)

    4、數(shù)據(jù)處理與遠程通訊系統(tǒng)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)CEMS廠家冶金廠

二、技術(shù)說明

◢ 抽取冷凝法CEMS能夠測量SO2、NOx、O2、溫度、壓力、流速、粉塵、濕度；

◢ SO2、NOx采用紫外差分吸收光譜（DOAS）分析技術(shù)或紅外線NDIR分析技術(shù)；

◢ O2采用電化學氧電池；煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)CEMS廠家冶金廠

◢ 濕度采用高溫電容法；CEMS火力發(fā)電煙氣連續(xù)排放監(jiān)測設(shè)備終身售后

◢ 溫度、壓力、流速分別采用熱敏電阻（PT100）、壓力傳感器和皮托管微壓差法；

◢ 粉塵采用激光后散射法；

◢ 紫外差分吸收光譜（DOAS）分析技術(shù)除了能夠測量SO2和NOx外，還能夠分析NH3、Cl2、H2S、O3等氣體；

◢ 與抽取熱濕法CEMS相比，本系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、響應速度快、維護方便等優(yōu)點；

◢ 與原位法相比，分析儀具有支持在線校準、測量值波動小、可靠性高、設(shè)備維護簡單等優(yōu)點；

◢ 本分析儀整機結(jié)構(gòu)緊湊，方便運輸和安裝。

◢ 系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)采集率≥90%，系統(tǒng)提供的檢測數(shù)據(jù)資料可用率≥90%，并具有查閱歷史數(shù)據(jù)功能。

◢ 輸出單位：對所檢測煙氣的各種參數(shù)，系統(tǒng)除在就地分析儀器面板上顯示外還均以4～20mA標準模擬量信號輸出。氣態(tài)污染物濃度單位使用mg/Nm3，流量計測出流速信號應折算成體積流量Nm3/s輸出，溫度單位為℃。

◢ 系統(tǒng)能夠真正實現(xiàn)無人職守運行，系統(tǒng)具有自診斷功能及主要部件故障報警功能，包括：測量元件/檢測探頭的失效、超出量程、采樣流量不足、反吹壓力低、采樣頭溫度低、采樣管線溫度低、預處理系統(tǒng)故障、分析儀器故障等。

 引言

隨著國家標準的提高以及火電行業(yè)超低排放的帶動，SCR可能成為今后脫硝的工藝。目前水泥行業(yè)作為高污染高能耗的產(chǎn)業(yè)，其脫硝工藝也勢必面臨由SNCR向SCR方向的轉(zhuǎn)變[1]。目前上水泥行業(yè)SCR脫硝示范線很少，且均布置在預熱器310~350 ℃出口，由于該區(qū)域溫度窗口正好處于SCR催化劑活性溫度范圍，效率較高，但是該區(qū)域含塵量高達80~120 g/Nm3，且存在大量的堿和堿土金屬，如CaO等，容易造成催化劑孔道的堵塞，導致催化劑中毒失活等，限制了其推廣應用。鑒于此，國內(nèi)外學者將研究重點轉(zhuǎn)向低塵低溫脫硝催化劑配方研究上，主要集中在錳基（MnOx）、釩基（V2O5），以及其他金屬氧化物基，如鈰基（CeO2）、鐵基（FeOx）、銅基（CuO）等催化劑的方向上，并取得了較好的效果。因此，本研究通過3 200 t/d新型干法水泥生產(chǎn)線窯尾布袋除塵器后建設(shè)低溫SCR脫硝中試裝置，以水泥窯實際煙氣情況研究了低溫SCR脫硝系統(tǒng)運行過程中煙氣溫度、噴氨速率、氣體空速等工藝參數(shù)對脫硝效率的影響，為下一步工業(yè)示范提供了數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。

1 試驗部分

1.1 試驗系統(tǒng)

在北京太行前景水泥有限公司3 200 t/d水泥生產(chǎn)線窯尾布袋除塵器后建設(shè)了1套13 000 m3/h風量的低溫SCR催化反應系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由引風機、煙道調(diào)節(jié)閥、反應器、超聲波霧化器、氨水流量計、計量泵、溫度傳感器等組成。120~180 ℃煙氣由窯尾風機出口引入催化反應器，在催化劑作用下通過氨水將煙氣中氮氧化物還原成氮氣和水。

1.2 主要設(shè)計參數(shù)

催化劑采用整體蜂窩式，主要成分為釩鈦，摻雜Ce等稀土元素。催化劑單元模塊尺寸為150 mm×150 mm×810 mm，催化劑比表面積459 m2/m3，共有108個模塊，3層布置，每層36個，總體積約1.97 m3。該催化劑具有良好的脫硝活性和抗硫性能。

1.3 工藝流程

中試裝置建在北京市太行前景水泥有限公司3 200 t/d熟料生產(chǎn)線。煙氣處理量為6 000~13 000 m3/h。120~180 ℃煙氣從窯尾布袋除塵器后經(jīng)旁路煙道引出，經(jīng)過蝶閥、反應器后經(jīng)引風機送入窯尾風機出口煙道。煙氣流量通過調(diào)整蝶閥控制實現(xiàn)。脫硝還原劑采用20%濃度氨水，通過小型氨水計量泵將氨水罐里的氨水送入超聲波霧化器，霧化成70 μm氨水霧滴與煙氣混合后，進入催化反應器反應，氨水流量通過調(diào)整流量計實現(xiàn)。煙氣溫度通過調(diào)整水泥窯生料磨開啟控制。試結(jié)果與討論

2.1 空速對脫硝效率的影響

脫硝過程為氣固化學反應過程，其反應程度與煙氣和催化劑接觸時間長短、接觸面等因素有關(guān)[7] 。接觸面主要和催化劑斷面孔數(shù)有關(guān)，孔數(shù)越大，比表面積越大，壁厚越薄，本項目催化劑孔數(shù)為22×22。空速=煙氣流量/催化劑體積，是煙氣在催化劑內(nèi)停留時間的倒數(shù)（h-1）。空速越大，煙氣在催化劑內(nèi)停留的時間越短，催化反應作用時間越短，反應效率越低。然而，在煙氣流量確定的條件下，降低空速催化劑體積增大。實際空速的選擇需要對脫硝效率和催化劑用量兩者進行權(quán)衡。現(xiàn)有在建或者已運行的SCR系統(tǒng)中空速一般為4 000~6 000h-1左右。

試驗過程中控制空速在2 000~7 000 h-1的范圍內(nèi)變化，溫度150 ℃、170 ℃，氨水流量2.5 L/h。通過調(diào)整煙氣閥門控制煙氣流量，從而調(diào)節(jié)空速。由圖3可以看出，在空速增大即反應時間減小的情況下，催化劑脫硝效率總體趨勢降低，但在一定空速范圍內(nèi)催化劑活性較高且較為穩(wěn)定。當溫度在170 ℃時，空速在2 500~7 000 h-1范圍內(nèi)時，催化劑的脫硝效率均高于80％，可實現(xiàn)60 mg/Nm3排放。當溫度在150 ℃時，催化劑效率在50%。試驗顯示，空速在5 000h-1左右有明顯的分界，可作為工程參考。溫度對催化效率的影響比空速大。這可能是由于催化反應發(fā)生在布袋除塵器后，粉塵濃度較低，雖然空速增大，但是由于NH3在催化劑表面的吸附和階段氧化脫氫是SCR反應的核心，主要均受表面性質(zhì)和反應溫度的影響，由于催化劑表面孔數(shù)未發(fā)生變化，故而脫硝效率并未有大的改變。

2.2 溫度對脫硝效率的影響

溫度是影響SCR脫硝效率的重要因素。SCR系統(tǒng)的操作溫度決定于催化劑成分和煙氣組成。一般工業(yè)用SCR催化劑的操作溫度為250~430 ℃。SCR脫硝效率隨著溫度的升高而增大，這是因為溫度升高能使化學反應速度以指數(shù)倍增加。當溫度高于催化劑系統(tǒng)所需溫度時，造成催化劑的燒結(jié)和失活，效率下降[9]。試驗過程中控制脫硝反應溫度在130~180 ℃的范圍內(nèi)變化，煙氣流量10 000 m3/h，氨水流量5 L/h，溫度對脫硫效率影響試驗結(jié)果。

溫度對催化劑脫硝效率的影響顯著，在所測試溫度區(qū)間內(nèi)，其脫硝效率隨溫度的升高呈現(xiàn)升高趨勢。煙氣溫度低于130 ℃時脫硝效果不明顯，隨著溫度升高，脫硝效率上升。130 ℃時，脫硝效率可達30%，150 ℃后脫硝效率從50%開始急劇上升，180 ℃時可達80%以上。可實現(xiàn)50 mg/Nm3排放。此溫度下的催化效率除稀土元素改性貢獻外，也可能與水泥窯布袋除塵器后煙氣中粉塵濃度、雜質(zhì)、SO2濃度低有關(guān)，未對NH3在催化劑表面吸附形成競爭[8]。通過國家環(huán)境分析測試中心檢測，溫度在160 ℃時，出口氮氧化物濃度為85 mg/Nm3，二氧化硫未檢出，煙塵濃度3.26 mg/Nm3，氯化氫濃度為3.94 mg/Nm3，氨氣濃度為0.575 mg/Nm3。試結(jié)果與討論

2.1 空速對脫硝效率的影響

脫硝過程為氣固化學反應過程，其反應程度與煙氣和催化劑接觸時間長短、接觸面等因素有關(guān)[7] 。接觸面主要和催化劑斷面孔數(shù)有關(guān)，孔數(shù)越大，比表面積越大，壁厚越薄，本項目催化劑孔數(shù)為22×22。空速=煙氣流量/催化劑體積，是煙氣在催化劑內(nèi)停留時間的倒數(shù)（h-1）。空速越大，煙氣在催化劑內(nèi)停留的時間越短，催化反應作用時間越短，反應效率越低。然而，在煙氣流量確定的條件下，降低空速催化劑體積增大。實際空速的選擇需要對脫硝效率和催化劑用量兩者進行權(quán)衡。現(xiàn)有在建或者已運行的SCR系統(tǒng)中空速一般為4 000~6 000h-1左右。

試驗過程中控制空速在2 000~7 000 h-1的范圍內(nèi)變化，溫度150 ℃、170 ℃，氨水流量2.5 L/h。通過調(diào)整煙氣閥門控制煙氣流量，從而調(diào)節(jié)空速。由圖3可以看出，在空速增大即反應時間減小的情況下，催化劑脫硝效率總體趨勢降低，但在一定空速范圍內(nèi)催化劑活性較高且較為穩(wěn)定。當溫度在170 ℃時，空速在2 500~7 000 h-1范圍內(nèi)時，催化劑的脫硝效率均高于80％，可實現(xiàn)60 mg/Nm3排放。當溫度在150 ℃時，催化劑效率在50%。試驗顯示，空速在5 000h-1左右有明顯的分界，可作為工程參考。溫度對催化效率的影響比空速大。這可能是由于催化反應發(fā)生在布袋除塵器后，粉塵濃度較低，雖然空速增大，但是由于NH3在催化劑表面的吸附和階段氧化脫氫是SCR反應的核心，主要均受表面性質(zhì)和反應溫度的影響，由于催化劑表面孔數(shù)未發(fā)生變化，故而脫硝效率并未有大的改變。

2.2 溫度對脫硝效率的影響

溫度是影響SCR脫硝效率的重要因素。SCR系統(tǒng)的操作溫度決定于催化劑成分和煙氣組成。一般工業(yè)用SCR催化劑的操作溫度為250~430 ℃。SCR脫硝效率隨著溫度的升高而增大，這是因為溫度升高能使化學反應速度以指數(shù)倍增加。當溫度高于催化劑系統(tǒng)所需溫度時，造成催化劑的燒結(jié)和失活，效率下降[9]。試驗過程中控制脫硝反應溫度在130~180 ℃的范圍內(nèi)變化，煙氣流量10 000 m3/h，氨水流量5 L/h，溫度對脫硫效率影響試驗結(jié)果。

溫度對催化劑脫硝效率的影響顯著，在所測試溫度區(qū)間內(nèi)，其脫硝效率隨溫度的升高呈現(xiàn)升高趨勢。煙氣溫度低于130 ℃時脫硝效果不明顯，隨著溫度升高，脫硝效率上升。130 ℃時，脫硝效率可達30%，150 ℃后脫硝效率從50%開始急劇上升，180 ℃時可達80%以上。可實現(xiàn)50 mg/Nm3排放。此溫度下的催化效率除稀土元素改性貢獻外，也可能與水泥窯布袋除塵器后煙氣中粉塵濃度、雜質(zhì)、SO2濃度低有關(guān)，未對NH3在催化劑表面吸附形成競爭[8]。通過國家環(huán)境分析測試中心檢測，溫度在160 ℃時，出口氮氧化物濃度為85 mg/Nm3，二氧化硫未檢出，煙塵濃度3.26 mg/Nm3，氯化氫濃度為3.94 mg/Nm3，氨氣濃度為0.575 mg/Nm3。