某燃機(jī)電廠SO2分析裝置改造解析

華能重慶兩江燃機(jī)發(fā)電有限責(zé)任公司 李濤 蔣金希 胡鴻相 母德軍 汪華

1 引言

華能某燃機(jī)電廠是我國西南第一座大型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，余熱鍋爐由東方日立鍋爐有限公司生產(chǎn)，型號為BHDB-M701F4-Q。余熱鍋爐封閉布置，型式為三壓、再熱、無補(bǔ)燃、臥式、自然循環(huán)余熱鍋爐。鍋爐由進(jìn)口過渡煙道、進(jìn)口煙道、換熱室、出口煙道及煙囪組成，并在爐膛內(nèi)裝設(shè)脫硝設(shè)備。

脫硝檢測裝置為島津煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，采用完全抽取法，可以連續(xù)在線監(jiān)測顆粒物的濃度、二氧化硫濃度、氮氧化合物濃度、氧氣含量、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流速。其控制計算機(jī)可以將所測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存貯，可以通過網(wǎng)絡(luò)與上級環(huán)保部門的計算機(jī)連接，環(huán)保部門可以方便、快捷地調(diào)用監(jiān)測數(shù)據(jù)。企業(yè)內(nèi)部可以通過局域網(wǎng)根據(jù)訪問權(quán)限對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，如讀取數(shù)據(jù)、修改狀態(tài)參數(shù)甚至對系統(tǒng)進(jìn)行直接操作。

由于采用直接抽取法測量煙氣中的污染物濃度，系統(tǒng)可以用標(biāo)準(zhǔn)氣對分析儀進(jìn)行在線校準(zhǔn)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的正確性，氣體分析采用的是非分散紅外吸收法。

2 測量存在的問題

2.1 SO2連續(xù)監(jiān)測儀介紹

2.1.1 完全抽取方式

用氣體采樣探頭采集到待檢測的樣品氣體，通過氣體探頭內(nèi)的初級過濾器，先除去比較大的灰塵。此時如果過濾器上附有水分，過濾器馬上會被堵塞，同時使S02氣體溶解損失，為此預(yù)先將進(jìn)入的待測氣體加熱到約180℃以避免。

另外，在測定所含SO2、NOx氣體成分時，為了使從采樣探頭到主機(jī)機(jī)箱間的導(dǎo)管內(nèi)不出現(xiàn)水份，也必須進(jìn)行加熱，然后把待測樣品氣體導(dǎo)入到主機(jī)機(jī)箱。

2.1.2 非分散紅外吸收法原理

利用在波長范圍2.5～12μm由異種原子構(gòu)成的分子氣體固有的吸收特性，這個波長范圍有分子固有的振動現(xiàn)象，分子振動在分子固有波長引起光譜的吸收，除了惰性氣體或N2，H2，O2等元素氣體之外，大部分的氣體分子都有自己固有的吸收光譜線，紅外光在樣品池被吸收，吸收的定量關(guān)系與朗伯/比耳定律一致。

2.2 目前 SO2測量弊端

因華能某燃機(jī)電廠余熱鍋爐煙氣SO2含量測量裝置采用的是紅外線測量法，不完全燃燒的甲烷會對測量結(jié)果造成干擾，造成測量偏差很大。

由于甲烷干擾造成燃機(jī)啟機(jī)時候SO2測量值大大超過實際值問題，每次啟機(jī)初期都要面對SO2超標(biāo)的負(fù)面影響，使某電廠背負(fù)了很大的環(huán)保壓力，而且由于采用完全抽取方式，對長距離傳輸中介質(zhì)的穩(wěn)定性很難長期滿足，也直接影響測量穩(wěn)定性。所以根據(jù)目前SO2測量裝置弊端對SO2測量裝置進(jìn)行改造，采用不會被干擾氣體影響的SO2測量裝置以及采用更加合理的抽氣方式，達(dá)到準(zhǔn)確測量的要求。

圖1 改造前SO2檢測裝置測量效果

3 改造方案

3.1 方案介紹

3.1.1 稀釋法簡介

稀釋系統(tǒng)采用獨(dú)特的現(xiàn)場樣品預(yù)處理的氣體采集方式。在采樣探頭頂部，通過一個音速小孔進(jìn)行采樣，并用干燥的儀表空氣在探頭內(nèi)部進(jìn)行稀釋。樣品氣進(jìn)入分析儀之前由冷凝器對樣品進(jìn)行除濕處理，樣品氣經(jīng)過稀釋后（稀釋比通常選擇在1：50至1：250之間），更加有效地降低了樣品的露點(diǎn)溫度，使之低于安裝地的環(huán)境最低溫度，從而避免了樣品氣在環(huán)境溫度下產(chǎn)生結(jié)露的現(xiàn)象。

由于干基稀釋探頭無需采樣后除濕設(shè)備，因而無需增加購置除濕設(shè)備的成本及其維護(hù)費(fèi)用。稀釋法可以徹底避免樣品氣在采樣管線中冷凝結(jié)水，這樣就無需加熱氣體傳輸管線并可避免許多與其他采樣技術(shù)伴隨而來的麻煩。

圖 2系統(tǒng)簡圖

3.1.1.1 稀釋法的特點(diǎn)

稀釋系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的可靠率，降低了系統(tǒng)運(yùn)營和維護(hù)成本；連續(xù)測量SO2濃度，SO2排放量及煙氣濃度等參數(shù)；采用探頭內(nèi)瞬間稀釋技術(shù)，徹底消除冷凝水影響，無需跟蹤加熱采樣管線；稀釋后煙氣含水量被降低到露點(diǎn)以下，采樣管無需加熱或保溫，徹底避免因為結(jié)露而對儀器產(chǎn)生的可能損壞；解決了煙氣含塵量高而引起的堵塞問題。

煙氣采樣流速只是直接采樣系統(tǒng)的五十分之一到百分之一，相應(yīng)煙氣中含塵量也只是五十分之一到百分之一。

采用從采樣探頭開始的全系統(tǒng)動態(tài)校準(zhǔn)，不僅針對稀釋系統(tǒng)，同樣針對直接采樣系統(tǒng)。從而保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，而非儀器的準(zhǔn)確性。

3.1.1.2 稀釋采樣系統(tǒng)

探頭所有暴露在煙氣中的部分，采用的是耐熱、耐蝕、耐磨損的鋁鉻鎳合金和石英玻璃材料。鋁鉻鎳合金耐溫可達(dá)600oC，并且此材質(zhì)有效避免了其他金屬材質(zhì)在脫硫系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的腐蝕情況，具有準(zhǔn)確測量、避免探頭在煙氣中被腐蝕等特點(diǎn)。探頭濾芯采用玻璃纖維惰性材質(zhì)，過濾孔徑為0.1微米。探頭配備了反吹電磁閥，可切換現(xiàn)場反吹儀表氣為探頭進(jìn)行反吹。

探頭采用文丘里管抽氣，經(jīng)加壓的純凈氣體用于驅(qū)動噴射泵或驅(qū)動氣動抽氣器。一定體積的壓縮空氣通過尖噴嘴吹進(jìn)文丘里管，造成真空。

稀釋系統(tǒng)的采樣管線由四根聚四氟乙烯管組成，其中兩根分別用于往采樣探頭輸送校準(zhǔn)氣和稀釋空氣，一根用于往各種分析儀器輸送稀釋后的煙氣樣品，另一根用于向探頭提供吹掃氣。所有采樣管線除真空管線外都是正壓，從而避免了由氣體泄漏所引入的誤差。

稀釋采樣法在樣品的采集和傳輸過程中，不象非稀釋采樣法那樣需要采樣泵及若干個流量控制閥，從而減低了購買和運(yùn)行維護(hù)成本，而且減少了故障隱患。

3.1.2 紫外熒光簡介

紫外光為光譜的一種，就是利用不同波段的電磁波對不同的能級進(jìn)行激發(fā)，通過吸收光的波長對環(huán)境的官能團(tuán)進(jìn)行判斷。現(xiàn)階段紫外經(jīng)常和熒光一起用，判斷物質(zhì)的共軛，這個波段里發(fā)生的是分子中電子能級的躍遷，在對應(yīng)的波長頻段下，一部分能量被分子吸收，使得分子中電子發(fā)生躍遷，表現(xiàn)在圖譜上就是吸收峰的升高。

圖3 脈沖熒光法原理圖

紫外有一個特點(diǎn)就是檢測限比較低，所以很多分析儀器的檢測器都是紫外檢測器，和它配套的就是熒光，很多存在紫外吸收的都有熒光，因為電子吸收能量之后躍遷到激發(fā)態(tài)，這個狀態(tài)是不穩(wěn)定的，會回到相對穩(wěn)定的基態(tài)，在這個過程中將會放出能量，這個能量可能以光的形式發(fā)射出去。

3.2 改造技術(shù)措施

取樣探頭采取稀釋采樣法，必需采用原裝進(jìn)口探頭和進(jìn)口音速小孔確保稀釋比例。

SO2分析儀取樣管線從探頭至分析儀表不允許單個采樣管線內(nèi)部拼接。對于需要加熱的取樣管線，所有加熱采樣管線應(yīng)具有自我調(diào)溫功能，外套管能消除天氣變化對測量的影響。

SO2分析儀應(yīng)具有自診斷功能。這些診斷功至少包括檢測源和探頭失效、超量程和采樣流量不夠等的檢測，并具有主要部件故障報警功能。

SO2分析儀應(yīng)具有量程自動切換及單位換算功能，如將mg/Nm3換算成ppm。

SO2分析儀系統(tǒng)至少能滿足90天運(yùn)行不需要非日常維修的要求。

所有與煙氣接觸的探頭應(yīng)滿足脫硫系統(tǒng)及機(jī)組各種運(yùn)行工況下連續(xù)、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的要求，所有安裝在凈煙氣煙道內(nèi)采樣系統(tǒng)部件應(yīng)采用1.4529或具有同等耐腐蝕材質(zhì)采樣頭、也同樣能在這些條件下正常連續(xù)運(yùn)行。

3.3 SO2分析儀要求參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

量程(高/低 )：250mg/Nm3～2.5mg/Nm3；最低檢測限：0.005mg/Nm3（達(dá)到ppb級別）；零飄：1%量程/年；全幅漂移：1%量程/年；采樣方法：稀釋采樣法；分析方法：脈沖紫外熒光法；精確度：1%；線性度：1%；反應(yīng)時間：80s。

3.4 SO2分析儀電源要求

額定電壓：220VAC；允許偏差：-10%～+10%；額定頻率：50Hz。

接地：SO2分析儀系統(tǒng)各設(shè)備的接地，按接地規(guī)范進(jìn)行。所有設(shè)備均應(yīng)有安全接地措施。當(dāng)某個設(shè)備安全接地不可能時，設(shè)備都應(yīng)雙重絕緣，以防止電擊傷害。所有信號應(yīng)設(shè)有信號接地，信號接地統(tǒng)一接至專用接地端子排，然后接入接地極。

電氣保護(hù)：SO2分析儀系統(tǒng)具備電壓、電流、斷電等保護(hù)措施。

3.5 改造效果

改造后余熱鍋爐煙氣SO2含量測量裝置采用紫外熒光測量法，排除了不完全燃燒的甲烷對測量結(jié)果造成干擾，而且由于采用稀釋法抽取方式，長距離傳輸中介質(zhì)的穩(wěn)定性得到了滿足，此次改造后節(jié)省了維護(hù)成本，設(shè)備可靠性也大大提高。

圖4 改造后SO2檢測裝置測量效果

4 結(jié)論

紫外熒光技術(shù)極大地改善了紅外測量法對甲烷光譜的誤識別，使其測量準(zhǔn)確性得到了極大提高。事實上在當(dāng)前環(huán)保要求越來越高的環(huán)境下，目前各大發(fā)電廠特別是環(huán)保型燃機(jī)電廠都十分關(guān)注環(huán)保測量準(zhǔn)確性，著眼于如何讓提高測量準(zhǔn)確性、全面提升燃機(jī)電廠自動化水平，減少燃機(jī)發(fā)電廠生產(chǎn)環(huán)保壓力，燃機(jī)電廠SO2測量裝置改造的實施無疑對其他同類型的燃機(jī)電廠有一定的借鑒意義。