分區取樣系統在火電廠脫硝煙氣監測中的應用研究

陳 曦

（浙江融智能源科技有限公司， 浙江 杭州 310000）

引言

隨著我國日益嚴格的燃煤電廠排放標準出臺，火電廠氮氧化物排放濃度要求越來越低。根據《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》的要求，東部地區新建燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值（即在基準氧含量（質量分數）為6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放質量濃度分別不高于10、35、50 mg/m3）。為達到排放要求，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也不相同。因此SCR脫硝裝置人口的N0x濃度波動頻繁，會導致出口濃度控制難度較大。由于常規脫硝裝置采用單點取樣，N0x濃度在反應區的不均勻分布會使單點的取樣點代表性變差，存在的現象就是脫硝出口CEMS測量結果與煙囪出口的CEMS測量結果有偏差。

當脫硝噴氨調節系統采用不具備代表性的取樣點的測量結果作為輸入條件時，會增加噴氨量控制的難度，結果可能導致逃逸氨濃度偏高或脫硝裝置排放指標超標。本文針對這個問題提出了一套適合脫硝裝置出口CEMS的取樣裝置-分區取樣系統。

1 分區取樣系統研究背景

脫硝裝置出口NOx測點布置在脫硝出口煙道上。由于脫硝裝置反應器截面尺寸較大而空預器入口煙道截面尺寸較小，因此出口煙道一般存在變截面，很少有較長的矩形直段?？偟膩碚f測點布置位置具有以下特點：煙道截面面積大、直段短或無直段、變徑或彎頭較多。同時由于脫硝入口NOx濃度波動及催化劑反應效率的影響，脫硝出口煙氣條件復雜[1]。圖1、圖2所示為國內某1 000 MW機組脫硝裝置出口煙道A、B側截面NOx網格法測量試驗數據（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機組脫硝裝置出口煙道A側截面NOx網格法測量試驗數據（一）

圖2 某1 000 MW機組脫硝裝置出口煙道B側截面NOx網格法測量試驗數據（一）

從該圖數據可以看出，采用網格法測量了A、B側各18個點的煙氣NOx濃度，NOx分布不均勻，平均值分別為13.8×10-6、11.3×10-6，其標準偏差分別為76.8%、92.9%。而同時A側CEMS的布置位于G測的1、2點之間，在線測量結果為10.2×10-6；B側CEMS的布置位置在P測的1、2點之間附近，在線測量值為23.7×10-6；煙囪處在線測量結果為13×10-6。在線測點與平均值測量結果偏差達A側為-26%，B側為110%，煙囪處為3.58%?？梢钥闯龀Ｒ幍膯吸c取樣在線檢測系統無法準確的表示出脫硝出口NOx濃度的實際情況，而當煙氣經常脫硝尾部空預器、除塵器、脫硫等設備進入煙囪后，煙氣經過劇烈擾動，NOx的測量值與網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，煙氣從脫硝出口到煙囪需要較長時間，在做性能試驗時或工況穩定時可作為參考值，而在負荷調整或波動較頻繁時不能滿足系統運行要求，因此需要進一步提高脫硝出口NOx濃度的測量結果的可靠性。脫硝裝置出口NH3濃度在線測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的質量分數）一般小于3×10-6，因此NH3濃度測量難度很大。

2 分區取樣系統設計

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

圖3 取樣分區布置示意

3 分區取樣系統應用效果

將分區取樣系統應用在某1 000 MW機組脫硝裝置出口，同樣用網格法測量試驗數據與安裝在分區取樣系統上的CEMS測點及煙囪處CEMS測點數據進行比較。再次試驗時網格法測量試驗數據見圖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機組脫硝裝置出口煙道A側截面NOx網格法測量試驗數據（二）

圖5 某1 000 MW機組脫硝裝置出口煙道A側截面NOx網格法測量試驗數據（二）

從該圖數據可以看出，加裝區域取樣系統后再次采用網格法測量了A、B側各18個點的煙氣NOx濃度，NOx分布不均勻，平均值分別為17.3×10-6、18.7×10-6，其標準偏差分別為60.1%、64.7%。布置在取樣箱上的在線測量值為18.2×10-6；煙囪處在線測量結果為18.8×10-6。可以看到取樣箱上的測量值與網格法測量平均值以及煙囪入口處在線測量結果都很接近，與單點取樣裝置比大大減少了偏差值，對脫硝裝置的運行起到很好的監控作用。同時，布置在取樣箱上的NH3在線分析儀表，根據運行情況，讀數穩定，減少了局部NH3超標引起的誤報等情況的發生。

參考文獻

[1] 劉淑英，夏永俊，曾過房，等.大型超超臨界機組SCR系統問題探析[J].鍋爐制造，2014（6）：38-41.

[2] 何鵬晟，王秋生，劉鳳明.火力發電廠脫硝煙氣監測取樣網格化改造[J].自動化應用，2015（9）：20-23.