一、产品概述

   烟气连续在线监测系统运用抽取冷凝采样、后散射烟尘浓度测量、皮托管烟气流速测量及计算机网络通讯技术，实现了固定污染源污染物排放浓度和排放总量的在线连续监测。同时又针对国内煤种较杂、煤质变化大、污染物排放浓度高、烟气湿度大的状况从技术上进行了改进。并按照国家标准设计定型，提供专业的中文操作平台及中文报表功能、多组模拟量及开关量输入输出接口，可实现现场总线的连接以及多种通讯方法的选用，使系统运行方便灵活。

    烟气连续在线监测系统（CEMS）是功能齐全，整体水平固定污染源在线监测系统。主要由以下几个子系统组成：

    1、固态颗粒物连续监测子系统，采用激光后散射单点监测。

    2、气态污染物连续监测子系统多组分气体分析仪（SO2、NOX、CO、CO2、HCL、HF、NH3）

    3、烟气含氧量、烟气流量、压力、温度，湿度等烟气参数连续监测子系统

    4、数据处理与远程通讯系统烟气排放连续监测系统CEMS厂家冶金厂

二、技术说明

◢ 抽取冷凝法CEMS能够测量SO2、NOx、O2、温度、压力、流速、粉尘、湿度；

◢ SO2、NOx采用紫外差分吸收光谱（DOAS）分析技术或红外线NDIR分析技术；

◢ O2采用电化学氧电池；烟气排放连续监测系统CEMS厂家冶金厂

◢ 湿度采用高温电容法；CEMS火力发电烟气连续排放监测设备终身售后

◢ 温度、压力、流速分别采用热敏电阻（PT100）、压力传感器和皮托管微压差法；

◢ 粉尘采用激光后散射法；

◢ 紫外差分吸收光谱（DOAS）分析技术除了能够测量SO2和NOx外，还能够分析NH3、Cl2、H2S、O3等气体；

◢ 与抽取热湿法CEMS相比，本系统具有结构简单、可靠性高、响应速度快、维护方便等优点；

◢ 与原位法相比，分析仪具有支持在线校准、测量值波动小、可靠性高、设备维护简单等优点；

◢ 本分析仪整机结构紧凑，方便运输和安装。

◢ 系统运行数据采集率≥90%，系统提供的检测数据资料可用率≥90%，并具有查阅历史数据功能。

◢ 输出单位：对所检测烟气的各种参数，系统除在就地分析仪器面板上显示外还均以4～20mA标准模拟量信号输出。气态污染物浓度单位使用mg/Nm3，流量计测出流速信号应折算成体积流量Nm3/s输出，温度单位为℃。

◢ 系统能够真正实现无人职守运行，系统具有自诊断功能及主要部件故障报警功能，包括：测量元件/检测探头的失效、超出量程、采样流量不足、反吹压力低、采样头温度低、采样管线温度低、预处理系统故障、分析仪器故障等。

 引言

随着国家标准的提高以及火电行业超低排放的带动，SCR可能成为今后脱硝的工艺。目前水泥行业作为高污染高能耗的产业，其脱硝工艺也势必面临由SNCR向SCR方向的转变[1]。目前上水泥行业SCR脱硝示范线很少，且均布置在预热器310~350 ℃出口，由于该区域温度窗口正好处于SCR催化剂活性温度范围，效率较高，但是该区域含尘量高达80~120 g/Nm3，且存在大量的碱和碱土金属，如CaO等，容易造成催化剂孔道的堵塞，导致催化剂中毒失活等，限制了其推广应用。鉴于此，国内外学者将研究重点转向低尘低温脱硝催化剂配方研究上，主要集中在锰基（MnOx）、钒基（V2O5），以及其他金属氧化物基，如铈基（CeO2）、铁基（FeOx）、铜基（CuO）等催化剂的方向上，并取得了较好的效果。因此，本研究通过3 200 t/d新型干法水泥生产线窑尾布袋除尘器后建设低温SCR脱硝中试装置，以水泥窑实际烟气情况研究了低温SCR脱硝系统运行过程中烟气温度、喷氨速率、气体空速等工艺参数对脱硝效率的影响，为下一步工业示范提供了数据支持和依据。

1 试验部分

1.1 试验系统

在北京太行前景水泥有限公司3 200 t/d水泥生产线窑尾布袋除尘器后建设了1套13 000 m3/h风量的低温SCR催化反应系统。系统主要由引风机、烟道调节阀、反应器、超声波雾化器、氨水流量计、计量泵、温度传感器等组成。120~180 ℃烟气由窑尾风机出口引入催化反应器，在催化剂作用下通过氨水将烟气中氮氧化物还原成氮气和水。

1.2 主要设计参数

催化剂采用整体蜂窝式，主要成分为钒钛，掺杂Ce等稀土元素。催化剂单元模块尺寸为150 mm×150 mm×810 mm，催化剂比表面积459 m2/m3，共有108个模块，3层布置，每层36个，总体积约1.97 m3。该催化剂具有良好的脱硝活性和抗硫性能。

1.3 工艺流程

中试装置建在北京市太行前景水泥有限公司3 200 t/d熟料生产线。烟气处理量为6 000~13 000 m3/h。120~180 ℃烟气从窑尾布袋除尘器后经旁路烟道引出，经过蝶阀、反应器后经引风机送入窑尾风机出口烟道。烟气流量通过调整蝶阀控制实现。脱硝还原剂采用20%浓度氨水，通过小型氨水计量泵将氨水罐里的氨水送入超声波雾化器，雾化成70 μm氨水雾滴与烟气混合后，进入催化反应器反应，氨水流量通过调整流量计实现。烟气温度通过调整水泥窑生料磨开启控制。试结果与讨论

2.1 空速对脱硝效率的影响

脱硝过程为气固化学反应过程，其反应程度与烟气和催化剂接触时间长短、接触面等因素有关[7] 。接触面主要和催化剂断面孔数有关，孔数越大，比表面积越大，壁厚越薄，本项目催化剂孔数为22×22。空速=烟气流量/催化剂体积，是烟气在催化剂内停留时间的倒数（h-1）。空速越大，烟气在催化剂内停留的时间越短，催化反应作用时间越短，反应效率越低。然而，在烟气流量确定的条件下，降低空速催化剂体积增大。实际空速的选择需要对脱硝效率和催化剂用量两者进行权衡。现有在建或者已运行的SCR系统中空速一般为4 000~6 000h-1左右。

试验过程中控制空速在2 000~7 000 h-1的范围内变化，温度150 ℃、170 ℃，氨水流量2.5 L/h。通过调整烟气阀门控制烟气流量，从而调节空速。由图3可以看出，在空速增大即反应时间减小的情况下，催化剂脱硝效率总体趋势降低，但在一定空速范围内催化剂活性较高且较为稳定。当温度在170 ℃时，空速在2 500~7 000 h-1范围内时，催化剂的脱硝效率均高于80％，可实现60 mg/Nm3排放。当温度在150 ℃时，催化剂效率在50%。试验显示，空速在5 000h-1左右有明显的分界，可作为工程参考。温度对催化效率的影响比空速大。这可能是由于催化反应发生在布袋除尘器后，粉尘浓度较低，虽然空速增大，但是由于NH3在催化剂表面的吸附和阶段氧化脱氢是SCR反应的核心，主要均受表面性质和反应温度的影响，由于催化剂表面孔数未发生变化，故而脱硝效率并未有大的改变。

2.2 温度对脱硝效率的影响

温度是影响SCR脱硝效率的重要因素。SCR系统的操作温度决定于催化剂成分和烟气组成。一般工业用SCR催化剂的操作温度为250~430 ℃。SCR脱硝效率随着温度的升高而增大，这是因为温度升高能使化学反应速度以指数倍增加。当温度高于催化剂系统所需温度时，造成催化剂的烧结和失活，效率下降[9]。试验过程中控制脱硝反应温度在130~180 ℃的范围内变化，烟气流量10 000 m3/h，氨水流量5 L/h，温度对脱硫效率影响试验结果。

温度对催化剂脱硝效率的影响显著，在所测试温度区间内，其脱硝效率随温度的升高呈现升高趋势。烟气温度低于130 ℃时脱硝效果不明显，随着温度升高，脱硝效率上升。130 ℃时，脱硝效率可达30%，150 ℃后脱硝效率从50%开始急剧上升，180 ℃时可达80%以上。可实现50 mg/Nm3排放。此温度下的催化效率除稀土元素改性贡献外，也可能与水泥窑布袋除尘器后烟气中粉尘浓度、杂质、SO2浓度低有关，未对NH3在催化剂表面吸附形成竞争[8]。通过国家环境分析测试中心检测，温度在160 ℃时，出口氮氧化物浓度为85 mg/Nm3，二氧化硫未检出，烟尘浓度3.26 mg/Nm3，氯化氢浓度为3.94 mg/Nm3，氨气浓度为0.575 mg/Nm3。试结果与讨论

2.1 空速对脱硝效率的影响

脱硝过程为气固化学反应过程，其反应程度与烟气和催化剂接触时间长短、接触面等因素有关[7] 。接触面主要和催化剂断面孔数有关，孔数越大，比表面积越大，壁厚越薄，本项目催化剂孔数为22×22。空速=烟气流量/催化剂体积，是烟气在催化剂内停留时间的倒数（h-1）。空速越大，烟气在催化剂内停留的时间越短，催化反应作用时间越短，反应效率越低。然而，在烟气流量确定的条件下，降低空速催化剂体积增大。实际空速的选择需要对脱硝效率和催化剂用量两者进行权衡。现有在建或者已运行的SCR系统中空速一般为4 000~6 000h-1左右。

试验过程中控制空速在2 000~7 000 h-1的范围内变化，温度150 ℃、170 ℃，氨水流量2.5 L/h。通过调整烟气阀门控制烟气流量，从而调节空速。由图3可以看出，在空速增大即反应时间减小的情况下，催化剂脱硝效率总体趋势降低，但在一定空速范围内催化剂活性较高且较为稳定。当温度在170 ℃时，空速在2 500~7 000 h-1范围内时，催化剂的脱硝效率均高于80％，可实现60 mg/Nm3排放。当温度在150 ℃时，催化剂效率在50%。试验显示，空速在5 000h-1左右有明显的分界，可作为工程参考。温度对催化效率的影响比空速大。这可能是由于催化反应发生在布袋除尘器后，粉尘浓度较低，虽然空速增大，但是由于NH3在催化剂表面的吸附和阶段氧化脱氢是SCR反应的核心，主要均受表面性质和反应温度的影响，由于催化剂表面孔数未发生变化，故而脱硝效率并未有大的改变。

2.2 温度对脱硝效率的影响

温度是影响SCR脱硝效率的重要因素。SCR系统的操作温度决定于催化剂成分和烟气组成。一般工业用SCR催化剂的操作温度为250~430 ℃。SCR脱硝效率随着温度的升高而增大，这是因为温度升高能使化学反应速度以指数倍增加。当温度高于催化剂系统所需温度时，造成催化剂的烧结和失活，效率下降[9]。试验过程中控制脱硝反应温度在130~180 ℃的范围内变化，烟气流量10 000 m3/h，氨水流量5 L/h，温度对脱硫效率影响试验结果。

温度对催化剂脱硝效率的影响显著，在所测试温度区间内，其脱硝效率随温度的升高呈现升高趋势。烟气温度低于130 ℃时脱硝效果不明显，随着温度升高，脱硝效率上升。130 ℃时，脱硝效率可达30%，150 ℃后脱硝效率从50%开始急剧上升，180 ℃时可达80%以上。可实现50 mg/Nm3排放。此温度下的催化效率除稀土元素改性贡献外，也可能与水泥窑布袋除尘器后烟气中粉尘浓度、杂质、SO2浓度低有关，未对NH3在催化剂表面吸附形成竞争[8]。通过国家环境分析测试中心检测，温度在160 ℃时，出口氮氧化物浓度为85 mg/Nm3，二氧化硫未检出，烟尘浓度3.26 mg/Nm3，氯化氢浓度为3.94 mg/Nm3，氨气浓度为0.575 mg/Nm3。