分區(qū)取樣系統(tǒng)在火電廠脫硝煙氣監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究

陳 曦

（浙江融智能源科技有限公司， 浙江 杭州 310000）

引言

隨著我國(guó)日益嚴(yán)格的燃煤電廠排放標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，火電廠氮氧化物排放濃度要求越來(lái)越低。根據(jù)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》的要求，東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值（即在基準(zhǔn)氧含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放質(zhì)量濃度分別不高于10、35、50 mg/m3）。為達(dá)到排放要求，新建電廠通常采用SCR脫硝裝置降低NOx濃度。脫硝裝置入口NOx的濃度受鍋爐燃燒及流場(chǎng)影響并不是均勻分布的，存在偏差并且在不同工況下偏差大小及趨勢(shì)也不相同。因此SCR脫硝裝置人口的N0x濃度波動(dòng)頻繁，會(huì)導(dǎo)致出口濃度控制難度較大。由于常規(guī)脫硝裝置采用單點(diǎn)取樣，N0x濃度在反應(yīng)區(qū)的不均勻分布會(huì)使單點(diǎn)的取樣點(diǎn)代表性變差，存在的現(xiàn)象就是脫硝出口CEMS測(cè)量結(jié)果與煙囪出口的CEMS測(cè)量結(jié)果有偏差。

當(dāng)脫硝噴氨調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用不具備代表性的取樣點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果作為輸入條件時(shí)，會(huì)增加噴氨量控制的難度，結(jié)果可能導(dǎo)致逃逸氨濃度偏高或脫硝裝置排放指標(biāo)超標(biāo)。本文針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出了一套適合脫硝裝置出口CEMS的取樣裝置-分區(qū)取樣系統(tǒng)。

1 分區(qū)取樣系統(tǒng)研究背景

脫硝裝置出口NOx測(cè)點(diǎn)布置在脫硝出口煙道上。由于脫硝裝置反應(yīng)器截面尺寸較大而空預(yù)器入口煙道截面尺寸較小，因此出口煙道一般存在變截面，很少有較長(zhǎng)的矩形直段?？偟膩?lái)說(shuō)測(cè)點(diǎn)布置位置具有以下特點(diǎn)：煙道截面面積大、直段短或無(wú)直段、變徑或彎頭較多。同時(shí)由于脫硝入口NOx濃度波動(dòng)及催化劑反應(yīng)效率的影響，脫硝出口煙氣條件復(fù)雜[1]。圖1、圖2所示為國(guó)內(nèi)某1 000 MW機(jī)組脫硝裝置出口煙道A、B側(cè)截面NOx網(wǎng)格法測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖1、圖2中左上為NOx濃度，單位為10-6；右下為含氧量，單位為%）。

圖1 某1 000 MW機(jī)組脫硝裝置出口煙道A側(cè)截面NOx網(wǎng)格法測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)（一）

圖2 某1 000 MW機(jī)組脫硝裝置出口煙道B側(cè)截面NOx網(wǎng)格法測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)（一）

從該圖數(shù)據(jù)可以看出，采用網(wǎng)格法測(cè)量了A、B側(cè)各18個(gè)點(diǎn)的煙氣NOx濃度，NOx分布不均勻，平均值分別為13.8×10-6、11.3×10-6，其標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為76.8%、92.9%。而同時(shí)A側(cè)CEMS的布置位于G測(cè)的1、2點(diǎn)之間，在線測(cè)量結(jié)果為10.2×10-6；B側(cè)CEMS的布置位置在P測(cè)的1、2點(diǎn)之間附近，在線測(cè)量值為23.7×10-6；煙囪處在線測(cè)量結(jié)果為13×10-6。在線測(cè)點(diǎn)與平均值測(cè)量結(jié)果偏差達(dá)A側(cè)為-26%，B側(cè)為110%，煙囪處為3.58%?？梢钥闯龀Ｒ?guī)的單點(diǎn)取樣在線檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)法準(zhǔn)確的表示出脫硝出口NOx濃度的實(shí)際情況，而當(dāng)煙氣經(jīng)常脫硝尾部空預(yù)器、除塵器、脫硫等設(shè)備進(jìn)入煙囪后，煙氣經(jīng)過(guò)劇烈擾動(dòng)，NOx的測(cè)量值與網(wǎng)格法平均值較為接近。但是由于煙囪入口距離脫硝裝置太遠(yuǎn)，煙氣從脫硝出口到煙囪需要較長(zhǎng)時(shí)間，在做性能試驗(yàn)時(shí)或工況穩(wěn)定時(shí)可作為參考值，而在負(fù)荷調(diào)整或波動(dòng)較頻繁時(shí)不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求，因此需要進(jìn)一步提高脫硝出口NOx濃度的測(cè)量結(jié)果的可靠性。脫硝裝置出口NH3濃度在線測(cè)量一般采用激光分析方法，由于煙氣中含塵量較高，因此激光的光程較近一般為1 m左右，通常布置在煙道的角落里，而且出口煙氣中的NH3濃度（NH3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）一般小于3×10-6，因此NH3濃度測(cè)量難度很大。

2 分區(qū)取樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了提高脫硝出口NOx和NH3濃度測(cè)量的準(zhǔn)確度，采用分區(qū)取樣系統(tǒng)，系統(tǒng)包括分區(qū)取樣裝置、取樣總管和取樣箱。將多個(gè)分區(qū)取樣裝置布置在SCR反應(yīng)器出口煙道的整個(gè)煙道截面，每個(gè)取樣裝置上設(shè)有多個(gè)開口朝向與煙氣流向一致的取樣口，利用SCR反應(yīng)器出口煙道和空氣預(yù)熱器出口煙道之間的壓差，使煙氣通過(guò)取樣口進(jìn)入分區(qū)取樣裝置。所述的多個(gè)分區(qū)取樣裝置中的煙氣匯集于取樣總管，通過(guò)連接取樣總管和取樣箱的垂直向下管道進(jìn)入取樣箱。在取樣箱上設(shè)有取樣探頭、取樣探頭和熱電偶，取樣煙氣通過(guò)取樣探頭經(jīng)取樣泵抽吸至分析儀，通過(guò)分析儀檢測(cè)煙氣中NOx和NH3濃度[2]（取樣分區(qū)布置示意圖3所示）。

圖3 取樣分區(qū)布置示意

3 分區(qū)取樣系統(tǒng)應(yīng)用效果

將分區(qū)取樣系統(tǒng)應(yīng)用在某1 000 MW機(jī)組脫硝裝置出口，同樣用網(wǎng)格法測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)與安裝在分區(qū)取樣系統(tǒng)上的CEMS測(cè)點(diǎn)及煙囪處CEMS測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。再次試驗(yàn)時(shí)網(wǎng)格法測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4、5 所示（圖 4、圖 5 中左上為NOx濃度，單位為 10-6；右下為含氧量，單位為%）。

圖4 某1 000 MW機(jī)組脫硝裝置出口煙道A側(cè)截面NOx網(wǎng)格法測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)（二）

圖5 某1 000 MW機(jī)組脫硝裝置出口煙道A側(cè)截面NOx網(wǎng)格法測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)（二）

從該圖數(shù)據(jù)可以看出，加裝區(qū)域取樣系統(tǒng)后再次采用網(wǎng)格法測(cè)量了A、B側(cè)各18個(gè)點(diǎn)的煙氣NOx濃度，NOx分布不均勻，平均值分別為17.3×10-6、18.7×10-6，其標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為60.1%、64.7%。布置在取樣箱上的在線測(cè)量值為18.2×10-6；煙囪處在線測(cè)量結(jié)果為18.8×10-6?？梢钥吹饺酉渖系臏y(cè)量值與網(wǎng)格法測(cè)量平均值以及煙囪入口處在線測(cè)量結(jié)果都很接近，與單點(diǎn)取樣裝置比大大減少了偏差值，對(duì)脫硝裝置的運(yùn)行起到很好的監(jiān)控作用。同時(shí)，布置在取樣箱上的NH3在線分析儀表，根據(jù)運(yùn)行情況，讀數(shù)穩(wěn)定，減少了局部NH3超標(biāo)引起的誤報(bào)等情況的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉淑英，夏永俊，曾過(guò)房，等.大型超超臨界機(jī)組SCR系統(tǒng)問(wèn)題探析[J].鍋爐制造，2014（6）：38-41.

[2] 何鵬晟，王秋生，劉鳳明.火力發(fā)電廠脫硝煙氣監(jiān)測(cè)取樣網(wǎng)格化改造[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2015（9）：20-23.