脫硝系統倒掛的原因分析
1.前言
NOx是主要大氣污染物之一，對環境危害非常嚴重，而火力發電是NOx的主要排放源。近年來，我國氮氧化物排放量隨著能源消費的快速增長而迅速上升，為了改善日益惡化的生態環境，2015年環保部等三部委發布《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》，進一步明確要求：東、中、西部地區分別于2017年、2018年、2020年前實現超低排放，其中NOx排放標準為不高于50mg/m3(在基準氧含量6%條件下)。
目前選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術作為一種主要的高效NOx控制技術在燃煤發電機組中得到廣泛應用。在超低排放背景下，要求進一步提高SCR脫硝效率，為了獲得理想的NOx去除率和低NH3逃逸量，更需要對煙氣中的NOx進行精準在線監測與優化噴氨控制。
但由于SCR裝置進出口煙道截面比較大，且直管段比較短，同一截面煙氣流場分布存在著較大的差異，導致NOx濃度場分布不均，從而造成脫硝催化還原反應所需的氨氮摩爾比分布不均，因此實際運行中普遍存在NOx倒掛、局部區域的過量噴氨，直接導致大量的氨逃逸，并生成硫酸氫銨造成空預器的堵塞，嚴重影響了機組的安全穩定運行。而傳統的單點抽樣測量或原位測量法，不能準確的反映煙道內的NOx濃度分布。
此外，由于反應器入口NOx濃度較高且波動幅度大以及負荷波動頻繁，脫硝系統普遍存在噴氨自動無法正常投入的問題，同樣造成排放超標，氨耗量偏高，氨逃逸偏大，在空預器及冷段設備形成硫酸氫銨造成堵塞問題，影響機組的安全穩定運行。
2.倒掛概念：
NOX濃度倒掛是指SCR出口NOX濃度小于煙囪入口NOX濃度;
3.倒掛的現象：
3.1脫硝出口NOx濃度低于脫硫出口NOx濃度，例如脫硝兩側出口NOx濃度維持在10mg/Nm3左右波動，脫硫出口NOx濃度則在35mg/Nm3左右波動。
3.2根據脫硝出口NOx濃度調整噴氨量，脫硝出口NOx濃度不超排，脫硫出口NOx濃度可能超排。
3.3脫硝單側出口NOx濃度過高或過低對脫硫出口數據無影響。
3.4 脫硝噴氨調節閥參照脫硝出口NOx數據無法投入自動運行。
4.淺析產生NOx倒掛的原因：
4.1 NOx在煙道里分布不均，有些鍋爐燃燒不穩定，NOx濃度排放不均勻，隨著煙氣流場發生變化，NOx在煙道內呈現無規律分布，譬如煙道中間NOx比兩邊高出許多，或者是偏少很多。
4.2 煙氣和氨氣混合不均勻，反應不充分，造成局部區域氣氨噴入量過多或過少，氨逃逸量增大。就目前國內大多脫硝系統噴氨格柵閥門為手動閥門，熱太調試過后一般不做大的調整，也就是說每個煙道固定區域噴入的氨量是不變的，或者根據壓力變化而產生很小的變化。但煙道內NOx分布是不固定的，在升降負荷、磨煤機啟停的情況均會出現NOx分布發生變化或劇烈波動。
4.3.氮氧化物測點位置在煙道兩側，導致數據偏差，脫硝系統新建時脫硝入口及出口NOx數據測量采用單點或3點測量的方式，設置的位置不一，針對W爐型，省煤器出口NOx分布情況一般為中間高兩側低，如果再將出口測點設置在煙道兩側，則測量出NOx濃度更加不能反映出煙道內部NOx實際分布情況，導致氨氣過噴情況時有發生。
5.NOX倒掛的影響：
5.1液氨的耗量增加，不滿足節能降耗的要求;目前環保形勢嚴峻，首各地地方政策影響，環保控制要求不一，NOx壓降程度不同，各脫硝設施為保證出口達標排放，通常通過加大噴氨量已達降低出口的目的，勢必會造成氨逃逸。
5.2為滿足煙囪出口NOX濃度滿足要求，增大噴氨量會造成氨逃逸升高，進而影響下有設備的運行。
5.3脫硝運行無法穩定的控制，對運行調整帶來阻力，對達標排放帶來影響。
5.4噴氨自動調節閥無法投入自動，對經濟運行、達標排放有一定影響。
6. NOX濃度倒掛的解決措施
6.1脫硝系統不進行改造：
脫硝系統不進行噴氨優化改造，可以采取以下措施緩解NOx倒掛程度，優點是節約投資成本，施工難度不大，但無法徹底解決NOx倒掛問題。
6.1.1對SCR出口進行整體比對測試，尋找更接近脫硫出口NOx濃度的位置，將NOx測量裝置更換到此位置。
6.1.2增加出口NOx測點數量，實時監測煙道內NOx分布情況，以保證數據的準確性。
6.1.3定期對CEMS裝置進行試驗，以保證測量數據準確。
6.1.4修改現有的噴氨自動邏輯，在控制上參考煙囪入口NOX濃度，對SCR出口NOX濃度值進行修正，優化噴氨量。
6.1.5調整噴氨格柵手動蝶閥，使NOX與氨氣混合更為均勻。
6.1.6檢修期間，檢查煙道導流板，調整至合適位置，以保證煙氣更為均勻。
6.1.7利用檢修期間，檢查催化劑的活性，對失效催化劑進行更換或再生。
6.2 脫硝系統進行改造，引進成熟的技改技術路線。
6.2.1 NOx矩陣式測量系統
目前脫硝系統NOx煙氣分析儀通常采用單點或三點測量的方式，由于流場紊亂、噴氨不均等因素，單點或三點測量數據不具有代表性，不能保證脫硝系統進出口NOx和氨逃逸濃度測試的準確性。
NOx矩陣式測量系統可以通過網格法在每側煙道布置6-8個測點，采用煙氣抽取稀釋法與化學發光法相結合的方法，實現同時采樣、分時輪測，在線監測出口NOx排放的均勻性。
矩陣式測量系統的測點分區根據脫硝系統流場測試、流場模擬和噴氨格柵布置方式來確定。建議300MW機組脫硝系統A/B側分別布置6組噴氨格柵，每組3根支管，結合流場測試結果形成的分析報告，單側煙道被劃分為6個網格區域，每個網格區域設一個取樣探頭，兩側一共12個網格區域抽取的煙氣經預處理和輪測切換裝置，送入測量儀表，左右兩側共同配置一套測量儀表系統。
在目前國內市場中，NOx的測量基于三種原理：化學發光法、非分散紅外法、紫外差分法。化學發光法的儀器檢出限最低，在測定低濃度時準確性最好。
稀釋法的煙氣抽取法與化學發光法相結合，具有不用除水，系統簡單的優勢，大大降低了故障停運概率和維護成本。尤其適合超低排放后的NOx測量。通過對比分析，采用稀釋法與化學發光法相結合的NOx分析儀是比較理想的選擇。
6.2.2 噴氨分區控制系統
建議300MW機組脫硝系統將噴氨格柵每側分為6個區，共12個區。每個區域的噴氨支管由一個噴氨調節閥控制，共計12個噴氨調節支閥，噴氨調節支閥信號直接接入PLC系統，根據多點測量數據結果進行調節閥開度調整。
此外，采用基于歷史數據分析的智能噴氨格柵均衡控制算法。噴氨格柵均衡控制算法不但要考慮到出口NOx的實時測量值，還要結合出口NOx的歷史數據。
7.結論
脫硝系統超低排放改造后NOx倒掛、無法投入自動運行、氨逃逸過大，空預器堵塞嚴重等是目前所有脫硝系統正面臨的普遍問題，各公司皆在探索解決方案，但還沒有哪個公司能夠真正的解決，均在探索實驗階段，NOx矩陣式測量+噴氨分區控制這條技術路線個人認為相對比較成熟，可以較好的解決NOx倒掛問題。
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