火電廠脫硝CEMS采樣裝置的優化

朱逢民（國投欽州發電有限公司，廣西欽州535008）

火電廠脫硝CEMS采樣裝置的優化

朱逢民（國投欽州發電有限公司，廣西欽州535008）

以某發電廠2號機組脫硝A反應器所采樣的數據進行分析煙氣采樣裝置的不足之處，并闡述CEMS優化的原因和必要性，以及優化改造的過程和優化改造后的運行效果評價。優化后NOx含量檢測的準確性的提高，使噴氨的效率明顯提高，為優化自動噴氨控制打下了基礎，也為環保監測提供了更為準確地數據。

發電廠；機組；反應器；脫硝；優化

前言

隨著國家對環境保護的日益重視，火電廠也采取了很多的措施來改善煙氣對環境帶來的影響，其中脫硝系統主要作用是降低煙氣中NOx的含量，其采樣系統Continuous Emission Monitoring System簡稱CEMS系統，是指對大氣污染源排放的氣態污染物和顆粒物進行濃度和排放總量的連續監測系統，它不但對脫硝系統中脫硝劑的使用量有至關重要的影響，而且其實時數據要送至環保部門；因此，CEMS系統對煙氣中NOx的檢測的準確性將十分重要。

1　CEMS系統的測量原理

CEMS系統主要由煙氣排放參數測量子系統、氣態污染物監測子系統、顆粒物監測子系統、數據采集、傳輸與處理子系統等組成。通過完全抽取式采樣將煙道中的煙氣通過采樣泵所產生的壓力抽離出來送入紅外線分析儀來分析NOx、SO2等的含量，通過磁壓氧分析儀來分析氧氣含量，就地直接測量法來測量煙氣中的溫度、壓力、粉塵濃度流量、煙氣含濕量等參數，測量的參數分別送入DCS后參與控制或通過以太網送至環保部門以供監測。

2　應用概況

2.1系統概況

該電廠總裝機容量為2×630MW，采用直流鍋爐，脫硝工藝采用選擇性催化還原反應，其反應器布置在省煤器與空預器之間，屬于高塵布置方式；兩臺機組脫硝共4個反應器，每個反應器入口和出口均有一套CEMS系統，共八套；其煙氣采樣方法為完全抽取法，煙氣充滿氣室后通過紅外吸收法來測得煙氣中NOx的含量，該裝置由探入型探頭、采樣管、反吹裝置、伴熱帶、冷凝器、采樣泵和蠕動泵組成。

2.2優化前CEMS采樣系統存在的問題

（1）由于該脫硝反應器采用傳統的高粉塵布置方式，每個反應器的進口和出口均只有一個采樣口，在具備伴熱帶和反吹的情況下，其堵塞的可能性仍然很大，一旦采樣管被粉塵堵住，不但影響到煙氣的測量，還會使自動噴氨跳出自動，導致煙氣NOx含量超標。

（2）脫硝反應器內噴氨的均勻度和反應的不確定性導致反應器出口NOx的呈現不均勻的分布，如果只采用一個中心點的采樣來代表整個煙道內的NOx濃度分布，則會出現比較大的偏差，當偏差達到一定程度后就會出現過噴氨和欠噴氨的情況，欠噴氨會導致出口氮氧化物的超標；過噴氨會導致氨逃逸量增加，過多的氨逃逸會對下游設備造成影響，不利于機組安全運行。

（3）在2014年5月，對該廠2號機組脫硝CEMS采樣系統進行了改造前的摸底試驗，首先對其在600MW負荷時脫硝反應器入口和出口的煙氣中NOx的含量分布進行一個檢測，每個反應器進口和出口均有9個均勻水平分布的取樣孔，A側反應器取樣孔的順序由稀釋風機到鍋爐固定端，以下是A反應器的入口和出口的所對應的6%O2下的NOx濃度值，如表1～2所示。

（4）從表1和表2中可以看出，A反應器入口的每個測孔測得的NOx的含量不相同，這跟煙氣流場有很大關系；同時A反應器的出口的每個測量孔NOx的含量相差很大，這不但與煙氣流場有關系，也受噴氨手動門的開度調整的影響。同時經安裝在反應器出口處的氨逃逸檢測儀檢測到在上述摸底的同一時刻，其A反應器和B反應器的氨逃逸量比較大，逃逸的部分氨氣和煙氣中的水分、SO3在下游設備（空預器）冷端區域反應生成具有強粘附性的硫酸氫銨，與煙氣中的灰塵粘附在空預器換熱元件上，引起層間堵塞，阻力上升。

表1　A側入口NOx含量測量值

表2　A側出口NOx含量測量值

同時，噴氨自動控制中反應器入口和反應器出口的氮氧化物含量是參與控制的主要參數，當只有一個采樣孔時，無論安裝在哪個位置，當負荷變化或噴氨手動門調整后均不能很好的檢測到準確的NOx含量，在自動控制時容易出現控制偏差。當氨逃逸濃度指示超標，引起連鎖控制的噴氨量自動減少，脫硝效率也跟著降低。

3　脫硝CEMS的優化實施

針對上述暴露出來的問題，通過分析得出，由于燃燒方式導致的煙道中流場的不斷變化和噴氨的不均勻性所導致的煙氣中氮氧化物的濃度的差異只有通過增加采樣孔的數量，經過多個采樣孔來的煙氣經過混合后送入煙氣分析儀，這樣有利于提高檢測的準確性。

3.1增加取樣探頭數量

增加脫硝反應器上采樣探頭的數量，原有探頭安裝在反應器進、出口的的中心位置，如圖1所示，因此，在水平方向原探頭的兩側各增加一個探頭，以3個均勻分布的探頭來進行預取樣，取樣后的煙氣在管道內混合后送入分析儀可以降低采樣的誤差，以保證取樣的煙氣所具有的代表性和準確性，如圖2所示。

圖1　改造前的探頭分布

圖2　改造后的探頭分布

3.2改造后采樣采樣數據

改造后對進口和出口的三個采樣探頭分別進行采樣，并對混合后的氣體進行采樣，算出其混合后采樣值與三個采樣探頭分別采樣后，其每個入口與混合后的值相差不大，但反應器出口各個測點采樣值與混合后采樣值相差比較大，其混合后的采樣值更具代表性，這樣不但可以為環保部門提供一個比較客觀準確的值，而且對脫硝自動投入后噴氨量更合適。如表3和表4，分別是2號爐A側脫硝反應器進、出口NOx的濃度。

表3　2號爐A側脫硝進口NOx測試結果

表4　2號爐A側脫硝出口NOx測試結果

4　優化效果評價

在改造后對其A、B反應器在600MW、450MW和350MW的負荷下均進行采樣，并算出平均值，將其平均值與600MW摸底試驗做比較得出表5。

表5　2號機組脫硝系統優化前后數據分析

摸底試驗在600MW負荷的工況下，同時測得反應器進、出口煙氣NOx含量并算出平均值和其出口的NOx不均勻度；脫硝率在80%以上的情況下，改造前不均勻度最高達到44.3%，兩個反應器的最大氨逃逸量達到了 3.32ppm和1.83ppm；而改造后的三個負荷節點上，在脫硝率沒有降低的情況下，除了一個點檢測到1.97ppm的氨逃逸外，其余各點均未檢出氨逃逸；運行人員根據出口的NOx濃度對其噴氨手動門開度進行調整后，不均勻度也有了明顯改善，通過以上的優化實施，取得了以下顯著成果：

（1）脫硝自動控制更加穩定，大大降低了氨氣過噴和欠噴的概率。

（2）采樣結果更具代表性，運行人員可以根據采樣數據對其噴氨手動門進行更準確的調整。

（3）降低了管路堵塞的幾率，減少維護人員維護頻率。

5　結語

本文只提供了2號機組脫硝A反應器的一組數據，由于兩臺機組的反應器布置方式、機組類型、運行方式等完全相同，因此其具有代表性。其兩臺機組工四個反應器共需要增加16個采樣點，每個采樣頭只需要布置伴熱帶和反吹裝置即可，實施成本低，可行性高，通過對脫硝CEMS采樣系統的優化，提高了脫硝進出口NOx、氧量、噴氨量的測量精度，為運行人員和環保部門的監測提供了更為連續及可靠的數據，消除了機組的一項安全隱患。同時，提高了氨氣的使用率，降低了氨逃逸對下有設備的影響，為提高電廠經濟效益起到了重要的作用。

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TM621.8

A

2095-2066（2016）26-0021-02

2016-9-1

朱逢民（1963-），男，山東肥城人，高級工程師，本科，主要從事電力企業管理工作。