定量测定三氧化硫脱除率及脱除速率的方法与流程

本发明属于燃煤烟气污染物控制，具体地讲，涉及一种两级三氧化硫吸收剂喷射脱除系统中三氧化硫脱除率及脱除速率的定量测定方法。

背景技术：

1、随着燃煤电厂超低排放改造的深入推进，氮氧化物排放控制要求日益严格。选择性催化还原（scr）脱硝技术作为燃煤烟气氮氧化物治理的主流工艺，其催化剂层数通常增至2～4层以满足排放限值。然而，随着scr脱硝装置运行时间的增加，特别是燃烧高硫煤的机组，scr催化剂在促进氮氧化物还原的同时，也会将烟气中的部分二氧化硫催化氧化为三氧化硫，导致下游烟气中三氧化硫浓度显著升高。三氧化硫与氨逃逸反应生成的硫酸氢铵是造成空气预热器堵塞、引风机叶片沾污等问题的关键因素。为控制三氧化硫排放并防治硫酸氢铵沉积，向空预器上游烟道喷射碱性吸收剂的两级三氧化硫吸收剂喷射脱除技术得到了广泛应用。

2、两级三氧化硫吸收剂喷射脱除系统通常沿烟气流动方向依次布置第一级三氧化硫吸收区域和第二级三氧化硫吸收区域，其中第一级吸收区域位于scr脱硝装置进口与scr反应器顶层催化剂之间，用于脱除锅炉燃烧产生的三氧化硫；第二级吸收区域位于scr反应器底层催化剂出口与空气预热器进口之间，用于脱除scr催化氧化生成的三氧化硫以及第一级未完全脱除的残余三氧化硫。在工程实践中，三氧化硫脱除率是评价脱除设备性能及运行状况的核心指标，也是工程技术协议签订与性能考核的关键依据。目前，工程上通常参照《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》中二氧化硫脱除率的计算公式，通过测定装置进口和出口烟气中三氧化硫浓度来计算三氧化硫脱除率。

3、然而，当上述公式应用于两级三氧化硫吸收剂喷射脱除系统时，计算结果往往出现异常，甚至得到负值的脱除率。这是由于在两级喷射系统内，scr脱硝催化剂持续将烟气中的二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，导致第二级吸收区域起点的三氧化硫浓度显著高于第一级吸收区域终点的三氧化硫浓度；同时，scr脱硝系统引入的稀释风及烟道漏风使得下游干烟气流量发生变化。在上述三氧化硫过程增量与系统漏风的耦合干扰下，基于进出口浓度差和单一烟气流量基准的脱除率计算方法难以准确反映两级吸收剂各自的实际脱除效果，也难以获得真实的两级综合脱除速率与总脱除率，导致工程性能评价与改造存在偏差。

4、因此，在scr脱硝催化剂持续将二氧化硫催化氧化生成三氧化硫的工况下，由于该过程增量及系统漏风对两级吸收剂喷射脱除率及脱除速率计算存在耦合干扰，现有技术尚无法对两级三氧化硫脱除效果进行准确量化评价，这是当前燃煤烟气三氧化硫脱除工程领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种定量测定三氧化硫脱除率及脱除速率的方法，该方法通过建立面向两级三氧化硫吸收剂喷射脱除系统的分级测量与修正计算模型，消除scr催化氧化增量及系统漏风对脱除率计算的耦合干扰，实现两级三氧化硫脱除效果的准确量化评价。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种定量测定三氧化硫脱除率及脱除速率的方法，应用于两级三氧化硫吸收剂喷射脱除系统，包括以下步骤：

4、步骤s1，在位于scr脱硝装置进口的第一测量截面处获取烟气的水分含量、湿烟气流量、三氧化硫体积浓度及氧含量，基于所述水分含量、所述湿烟气流量及所述氧含量，计算第一测量截面干烟气流量；

5、步骤s2，在位于scr反应器顶层催化剂上方的第二测量截面处获取烟气的三氧化硫体积浓度，基于所述第一测量截面与所述第二测量截面处的三氧化硫体积浓度，计算第一级三氧化硫脱除率；基于所述第一测量截面干烟气流量、所述第一测量截面处的三氧化硫体积浓度及所述第一级三氧化硫脱除率，计算第一级三氧化硫脱除速率；

6、步骤s3，在位于scr反应器底层催化剂下方的第三测量截面处获取烟气的三氧化硫体积浓度、氧含量及脱硝稀释风流量，基于所述第一测量截面与所述第三测量截面处的氧含量及所述脱硝稀释风流量，计算scr脱硝系统的漏风率；基于所述第一测量截面干烟气流量与所述漏风率，计算第三测量截面干烟气流量；

7、步骤s4，在位于空气预热器进口上方的第四测量截面处获取烟气的三氧化硫体积浓度，基于所述第三测量截面与所述第四测量截面处的三氧化硫体积浓度，计算第二级三氧化硫脱除率；基于所述第三测量截面干烟气流量、所述第三测量截面处的三氧化硫体积浓度及所述第二级三氧化硫脱除率，计算第二级三氧化硫脱除速率；

8、步骤s5，基于所述第一级三氧化硫脱除速率与所述第二级三氧化硫脱除速率，计算两级三氧化硫综合脱除速率；基于所述第一级三氧化硫脱除率、所述第二级三氧化硫脱除率、所述漏风率以及所述第一测量截面、第二测量截面与第三测量截面处的三氧化硫体积浓度，计算两级三氧化硫总脱除率。

9、优选地，所述步骤s1至步骤s5均在所述两级三氧化硫吸收剂喷射脱除系统的稳态运行模式下执行。非稳态工况下，烟气流量、温度及吸收剂喷射流量波动会导致各测量截面处三氧化硫浓度及烟气流量参数偏离真实均值，引入随机测量误差；通过限定稳态运行模式，即所述两级三氧化硫吸收剂喷射脱除系统的吸收剂喷射流量、烟气温度及烟气流量在测量期间处于设定工况且波动幅度不超过工程允许偏差的运行状态，确保各测量截面获取的数据具有时间一致性和统计代表性，从而为后续脱除率及脱除速率计算提供可靠的参数基础。

10、优选地，所述第一测量截面、第二测量截面、第三测量截面及第四测量截面处的三氧化硫体积浓度通过异丙醇吸收法测得；所述第一测量截面处烟气的水分含量通过冷凝法测得；所述第一测量截面处的湿烟气流量通过网格法测得；所述第一测量截面及第三测量截面处的氧含量通过抽取式电化学烟气检测仪测得。不同测量方法对三氧化硫的捕集效率、抗干扰能力及精度存在差异；异丙醇吸收法对烟气中三氧化硫具有高选择性吸收能力，冷凝法可准确分离烟气中气态水与液态水以确定水分含量，网格法通过多点同步测量消除烟道截面流速分布不均带来的流量测试偏差，抽取式电化学烟气检测仪可快速获取干基氧含量；通过限定上述特定测量方法，确保各关键参数获取的准确性与可比性，从源头控制计算误差。

11、优选地，所述步骤s1中，所述第一测量截面干烟气流量通过以下方式计算：基于所述湿烟气流量扣除烟气中水分含量所占的湿基体积份额，并基于所述氧含量将实际氧含量基准修正至6%氧含量基准，以消除湿基体积流量与干基体积流量之间的状态参数差异。湿烟气流量包含气态水所占体积份额，且氧含量处于实际工况基准，若直接用于脱除速率计算，将因湿基与干基状态不一致导致质量平衡错误；通过扣除水分含量的湿基体积份额并将氧含量修正至6%氧含量基准，实现湿基体积流量向干基体积流量的准确转换，使第一测量截面干烟气流量成为后续两级脱除速率计算的一致基准。

12、优选地，所述步骤s3中，所述scr脱硝系统的漏风率通过以下方式计算：基于所述第一测量截面与所述第三测量截面处的氧含量分别计算第一测量截面过量空气系数与第三测量截面过量空气系数，基于所述第一测量截面过量空气系数与所述第三测量截面过量空气系数之差反映烟气体积变化，并扣减所述脱硝稀释风流量所引入的氧量对所述第三测量截面处氧含量的稀释影响，以分离烟道泄漏与稀释风注入对下游干烟气流量推算的不同作用。第三测量截面处氧含量升高既可能源于烟道泄漏，也可能源于脱硝稀释风的直接注入，若不对两者加以区分，会将稀释风氧量误判为漏风，导致第三测量截面干烟气流量推算失真；通过分别计算两级过量空气系数以反映烟气体积变化，并扣减脱硝稀释风流量所引入的氧量对第三测量截面处氧含量的稀释影响，从而将烟道泄漏与稀释风注入的不同作用加以分离，获得真实的scr脱硝系统漏风率。

13、优选地，所述步骤s2中，所述第一级三氧化硫脱除率通过以下方式计算：基于所述第一测量截面与所述第二测量截面处的三氧化硫体积浓度之差，与所述第一测量截面处三氧化硫体积浓度的比值，计算所述第一级三氧化硫脱除率；所述第一级三氧化硫脱除速率通过以下方式计算：基于所述第一测量截面干烟气流量与所述第一测量截面及第二测量截面处的三氧化硫体积浓度之差的乘积，计算所述第一级三氧化硫脱除速率。第一级脱除效果评价需要同时考虑浓度变化与烟气流量基准；通过第一测量截面与第二测量截面处的三氧化硫体积浓度之差相对于第一测量截面处浓度的比值，直接反映第一级吸收区域的浓度削减比例；通过第一测量截面干烟气流量与两截面浓度之差的乘积，将浓度削减量转换为质量流量削减量，从而得到符合质量守恒的第一级三氧化硫脱除速率。

14、优选地，所述步骤s4中，所述第二级三氧化硫脱除率通过以下方式计算：基于所述第三测量截面与所述第四测量截面处的三氧化硫体积浓度之差，与所述第三测量截面处三氧化硫体积浓度的比值，计算所述第二级三氧化硫脱除率；所述第二级三氧化硫脱除速率通过以下方式计算：基于所述第三测量截面干烟气流量与所述第三测量截面及第四测量截面处的三氧化硫体积浓度之差的乘积，计算所述第二级三氧化硫脱除速率。第二级脱除效果评价同样需要浓度变化比例与质量流量基准；通过第三测量截面与第四测量截面处的三氧化硫体积浓度之差相对于第三测量截面处浓度的比值，反映第二级吸收区域在催化氧化增量存在条件下的净脱除比例；通过第三测量截面干烟气流量与两截面浓度之差的乘积，将第二级浓度削减量转换为质量流量削减量，从而得到经漏风修正后的第二级三氧化硫脱除速率。

15、优选地，所述步骤s5中，所述两级三氧化硫总脱除率基于所述第一级三氧化硫脱除率与所述第二级三氧化硫脱除率按各自对应的三氧化硫质量流量进行加权计算，所述三氧化硫质量流量由相应测量截面处的干烟气流量与三氧化硫体积浓度的乘积确定；其中所述第二级三氧化硫脱除率对应的干烟气流量通过所述漏风率对所述第一测量截面干烟气流量进行修正后获得，以消除因所述scr脱硝系统漏风引起的两级烟气流量基准不一致对总脱除率评价的干扰。两级脱除率若简单算术平均，将因两级烟气流量基准不同而产生权重失真；通过按各自对应的三氧化硫质量流量进行加权，其中第二级干烟气流量通过漏风率对第一测量截面干烟气流量修正后获得，使两级脱除率按实际处理的三氧化硫质量比例进行加权，消除因scr脱硝系统漏风引起的两级烟气流量基准不一致对总脱除率评价的干扰。

16、优选地，在所述步骤s4之后，还包括：基于所述第三测量截面干烟气流量，以及所述第三测量截面处的三氧化硫体积浓度与所述第二测量截面处的三氧化硫体积浓度之差，计算scr催化剂催化氧化产生的三氧化硫量；所述scr催化剂催化氧化产生的三氧化硫量用于评价scr催化剂的so2/so3转化性能。第三测量截面处的三氧化硫浓度包含第一级未脱除残余量与scr催化氧化增量之和，若不对催化氧化增量单独分离，则无法评价scr催化剂的so2/so3转化性能；通过第三测量截面干烟气流量与第三测量截面及第二测量截面处的三氧化硫体积浓度之差，将催化氧化产生的增量从总浓度中分离出来并转换为质量流量，从而得到scr催化剂催化氧化产生的三氧化硫量，为催化剂性能监控与寿命评估提供量化依据。

17、优选地，在所述步骤s5之后，还包括：基于所述两级三氧化硫综合脱除速率与机组年运行小时数，计算年三氧化硫减排量；所述年三氧化硫减排量用于所述两级三氧化硫吸收剂喷射脱除系统的长期环保效益评估。两级三氧化硫综合脱除速率反映的是瞬时或小时级的脱除能力，而环保效益评估需要长期尺度上的减排总量；通过将综合脱除速率与机组年运行小时数相乘，将小时级脱除速率转换为年度减排量，从而为两级三氧化硫吸收剂喷射脱除系统的长期环保效益评估、经济性分析及环保考核提供数据支撑。

18、有益效果：与现有技术相比，本发明通过在两级三氧化硫吸收剂喷射脱除系统中设置四个测量截面，分别获取关键烟气参数，并基于第一测量截面干烟气流量、scr脱硝系统漏风率及各级三氧化硫体积浓度，建立分级脱除率与脱除速率的修正计算模型；该模型通过漏风率修正将第二级干烟气流量与第一级干烟气流量关联，并基于三氧化硫质量流量加权计算两级总脱除率，从而消除了scr催化氧化so2生成so3的过程增量及系统漏风对两级脱除率与脱除速率计算的耦合干扰，实现了两级三氧化硫脱除效果的准确量化评价，提高了工程性能考核的准确性与可靠性。