煙氣脫硝系統CEMS煙氣采樣裝置技術改造

（浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江蘭溪321100）

煙氣脫硝系統CEMS煙氣采樣裝置技術改造

黃建偉，竹小鋒

（浙江浙能蘭溪發電有限責任公司，浙江蘭溪321100）

燃煤發電廠歷來被視為大氣污染物的主要來源，氮氧化物的排放更是大氣污染物的重要指標之一。浙能蘭溪發電廠針對脫硝CEMS煙氣采樣裝置堵塞問題進行了技術改造，分析了測量裝置的構成和原理，找到堵塞的原因，并提出解決方案進行改造，取得了良好的效果。

煙氣污染物在線監測系統；脫硝；矩陣采樣；改造

0 引言

隨著國家對環境保護的日益重視，火電廠也采取了很多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，CEMS（煙氣污染物在線監測系統）是實時、連續監測污染物參數的系統，主要監測煙氣中顆粒物濃度、氣態污染物濃度（SO2，NOX）。發電廠煙氣排放量測定以監測斷面的平均濃度為依據，測量的準確度直接關系到污染物排放總量、濃度折算及煙氣脫硝系統效率的評估。

目前脫硝出口實際監測多采用單點取樣測量方式，但由于脫硝后凈煙氣通往空預器的煙道較短，且存在90°拐角煙道，導致煙道氣流存在渦流、紊流現象，使得同一監測斷面流速場分布不均勻，單點流速測量方式難以保證所測煙氣組分值代表斷面真實濃度。通過參考手工網格多點采樣，在同一煙道斷面上布置多點網格流速在線取樣測量，并通過手工比對進行驗證。比對結果表明：采用多點網格取樣系統所得斷面平均濃度能夠符合運行監控和環保監測精度要求，能夠提高流速測量的準確性。

蘭溪發電廠脫硝煙氣分析取樣為多點取樣方式，并對采樣管路實施多項優化措施，確保流場分布均勻，煙氣混合充分，測量數據的準確性、穩定性得到很好的保證。

1 脫硝CEMS采樣裝置現狀

1.1 改造前概況

圖1 煙氣采樣系統結構

現場煙道測量及取樣部分主要完成氣態污染物的抽取，將煙氣送入預處理系統進行再次處理并分析。如圖2所示，采樣裝置安裝于在脫硝出口位置煙氣氣流相對均勻而穩定的管段上，避開彎頭、閥門和變徑管等容易產生渦流的阻力構件位置。各測點進行取樣后在母管匯集，混合后再進行取樣測量。在脫硝反應器出口煙道A/B側各布置1套多點取樣裝置。取樣裝置由4根取樣管組合而成，每根管道設有多個取樣口，取樣口大小視煙道而定，煙道內取樣管道下端安裝有法蘭，可作為其中一個取樣口，也作排灰用。為使母管內樣氣進行流動，利用空預器差壓將多點矩陣取樣裝置采集的樣氣送到電除塵入口，多點矩陣取樣裝置從各取樣孔抽取煙道內煙氣樣本進入母管，樣氣在母管內流動的過程中充分混合后，經過測量筒由CEMS探頭進行二次取樣測量。

圖2 改造前煙氣采樣管路

目前，因脫硝A/B側噴氨用量明顯偏差較大，為實現取樣點的代表性、樣氣的穩定性以及數據的可靠性，多點矩陣取樣裝置將SCR（選擇性催化還原）系統出口垂直段煙道分為若干區域，進行多點取樣，以達到樣氣的均勻性、穩定性，實現CEMS數據的可靠性，方便環保檢查與運行人員對噴氨量的控制。

1.2 測量存在的問題

（1）改造前的煙氣采樣探頭容易堵塞。原因是采樣探頭取壓口為迎風面，且取壓口長度較長（15 cm左右），由于煙氣顆粒物堆積在取樣管容易造成堵塞，且取樣管為水平布置，底部放灰時水平管段積灰無法清除。另外，采樣探頭下部離煙道底部太近，煙塵容易從下往上堆積，導致整根取樣管堵塞。

（2）堵塞后不能完全吹掃疏通。機組正常運行時，如果發現采樣管路堵塞，可通過反吹掃儀用氣進行疏通，但是每根取樣管路從上到下有4個取壓口。采用儀用氣吹掃時，當最上面的取壓口吹通后，儀用氣便從該取壓口流向爐膛，下面的3個取壓口無法吹掃疏通。

（3）維護困難。每當機組停運后，都要進行清灰處理，需拆溫包、開人孔門，每次清灰工作都要持續1～2 h，而且煙道里面灰塵較大，即使戴上口罩，也會吸入過量灰塵，影響身體健康。

2 采樣管路優化的必要性

在整個脫硝過程中，氨氣的投入數、逃逸率、催化劑的反應情況是運行人員主要關注點。然而關注的目標主要來源于脫硝出口的煙氣分析數據，采樣管路堵塞將導致脫硝CEMS煙氣SO2和NOX含量測量不準確，脫硝數據不準確會影響運行人員的判斷，造成噴氨量過少或過多的情況。噴氨量太少直接影響脫硝率，嚴重的會導致NOX的排放超標。而噴氨量太多，則會造成以下影響：

（1）脫硝試劑容易吸附到SCR的其他設備上，如空預器。空預器吸附的越多對煙道的阻力越大，運行人員需要增大風機的電流來排除阻力，而風機的電流加大也是一種浪費。

②根據山洪的特點，提出山洪溝治理工程措施布置5字原則：攔、蓄、避、通、護。在溝道不同部位采取不同的工程措施，以達到水流控導與水動力消減的目標。

（2）造成空預器的堵塞。一旦堵塞必須停機進行清洗，從而造成各種影響，如：影響發電量，開機因溫度原因不能投脫硝對環境造成更大的污染等。并且，氨反應物吸附到空預器上，對空預器本身也有較大的腐蝕作用。

（3）噴氨量過多，造成逃逸氨的數量過高，會直接導致催化劑中毒，影響催化劑的活性。脫硝數據的準確性嚴重影響運行人員的判斷，帶來一系列連鎖反應。

因此，脫硝出口樣取樣測量改造刻不容緩。

3 采樣管路優化方案

3.1 底部放灰改造

如圖3所示，原采樣管路底部設計為煙道底部放灰方式，當煙道內取樣裝置積灰時，可將放灰法蘭打開，進行管路疏通處理。但是，因煙道設計位置處于懸空處，放灰時需搭設腳手架，浪費大量人力物力，可操作性不強，且放灰時只能將豎直管道的積灰放出，取樣管水平管道堆積的灰塵無法清除。

為解決采樣管路底部積灰的問題，重新設計了采樣管路的放灰方式，如圖4所示：

圖3 底部放灰裝置

（1）取消采樣管底部放灰法蘭，將采樣探頭下部豎管割短30 cm使采樣頭懸空。采樣探頭下部懸空后，煙塵進入采樣管時能因自由落體掉落回煙道，防止煙塵進入采樣管路后，慢慢積累造成的采樣管路堵塞。

（2）在采樣探頭下部的懸空底部增加大小頭。采樣探頭底部懸空后，管路反吹掃時，儀用氣將從底部泄露，無法吹掃采樣探頭側面的取樣口管路，底部增加大小頭后，減少了儀用氣從底部泄露的風量，使得儀用氣能從采樣探頭側面的取樣口吹出，達到反吹掃的效果。

（3）增裝固定支架。考慮到煙氣流動導致采樣管有一定的晃動，為達到樣氣的均勻性、穩定性，用角鐵焊接支架固定，使其不產生晃動。

圖4 改造后采樣探頭底部

3.2 采樣裝置取樣口改造

如圖2所示，原采樣裝置取樣口為迎風向分布。煙道內的煙氣介質含塵量大，迎風面取樣會非常容易進灰，因此重新設計了采樣管路的取樣方式，如圖5所示。

（1）將原來迎風面取壓口割掉，并封堵牢，將迎風面取壓口改為背風面。取樣口背風設計，煙氣中的煙塵進入采樣探頭的量將大大減少。

（2）將采樣探頭橫向取壓口長度由15 cm改短為3 cm，并且橫向水平取樣將改為傾斜往下45°。取樣口長度改短后大大減少了橫向管路的積灰量，提高了反吹掃時的清灰效果。采樣探頭橫向取壓口傾斜往下45°，累積在取樣口的灰將自動掉落，防止積灰造成堵塞。

圖5 改造后取樣口設計

3.3 取樣管道增加隔離閥

脫硝CEMS采樣設有儀用氣反吹掃管路，定期吹掃，每月1次。機組正常運行時，如果發現采樣管路堵塞，可通過反吹掃儀用氣進行疏通，但是每根取樣管路從上到下有8個取壓口。采用儀用氣吹掃時，當最上面的取壓口吹通后，儀用氣便從該取壓口流向爐膛，下面的7個取壓口無法吹掃疏通。在4路取樣管路上增加隔離閥，反吹時，關閉其他3個隔離閥，集中風量吹掃1路取樣管，大大改善了吹掃效果。脫硝CEMS采樣管路優化后如圖6所示。

圖6 改造后煙氣采樣管路

4 結語

蘭溪發電廠1—4號機組脫硝CEMS采樣裝置改造后，至今未發生脫硝CEMS采樣管路堵塞情況，脫硝CEMS煙氣SO2，NOX，O2等數據測量準確，減少了設備維護量，取得了較好的改造效果。

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（本文編輯：徐晗）

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編輯部摘編

Technical Transformation of CEMS Gas Sampling Device of Flue Gas Denitration System

HUANG Jianwei，ZHU Xiaofeng
（Zhejiang Zheneng Lanxi Power Generation Co.，Ltd.，Lanxi Zhejiang 321100，China）

Coal-fired power plants have always been viewed as a main source of air pollutants，and emission of nitric oxides has been one of the key indices of air pollutants.Technical transformation was conducted in Zheneng Lanxi Power Generation Co.，Ltd.to handle the jam of GEMS gas sampling device.This paper analyzes the structure and principle of the measuring device；in addition，it finds out reasons of the jam and proposes a transformation solution，by which good result is achieved.

CEMS；denitration；matrix sampling；transformation

10.19585/j.zjdl.201707012

1007-1881（2017）07-0050-03

TK38

B

2017-03-31

黃建偉（1982），男，助理工程師，主要從事火電廠熱控技術管理工作。