舒茂龍

（神華國能寧夏煤電有限公司，銀川 750410）

大型火力發(fā)電機(jī)組NOx質(zhì)量濃度在線測量偏差問題分析

舒茂龍

（神華國能寧夏煤電有限公司，銀川 750410）

針對目前大型火力發(fā)電機(jī)組普遍存在的NOx質(zhì)量濃度在線測量值偏差大的問題進(jìn)行了詳細(xì)分析，通過進(jìn)行NOx質(zhì)量濃度分布特性試驗(yàn)，逐項(xiàng)分析儀表精度、測點(diǎn)設(shè)計(jì)布置等因素的影響，并提出針對性優(yōu)化對策。

NOx；測量偏差；精度；測點(diǎn)；優(yōu)化

0 引言

目前，環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，隨著國家污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)的推行，火力發(fā)電廠NOx質(zhì)量濃度測量準(zhǔn)確性的要求變得更高。一方面，NOx質(zhì)量濃度測量的準(zhǔn)確性影響機(jī)組脫硝噴氨調(diào)節(jié)；另一方面，NOx質(zhì)量濃度的測量直接涉及最終NOx的排放和脫硝電價(jià)的核算。可以說，NOx質(zhì)量濃度的測量直接關(guān)系到環(huán)?？己撕兔撓醐h(huán)保設(shè)施的正常投運(yùn)［1－2］。但很多大型火力發(fā)電機(jī)組普遍存在煙囪出口與脫硝出口NOx質(zhì)量濃度在線測量值偏差大的問題，最終影響機(jī)組環(huán)保排污總量的核算，也不利于對NOx質(zhì)量濃度的調(diào)節(jié)控制。本文以某機(jī)組為例，通過問題剖析和測量試驗(yàn)，討論NOx質(zhì)量濃度測量的影響因素和解決對策。

1 系統(tǒng)及設(shè)備概述

某電廠鍋爐采用上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超超臨界直流燃煤鍋爐，為單爐膛、一次再熱、切圓燃燒方式、露天布置、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)塔式鍋爐。

鍋爐脫硝采用選擇性催化還原技術(shù)（SCR），垂直煙道3層設(shè)計(jì)，煙氣取樣設(shè)在下層SCR后垂直煙道處，采用3路煙氣取樣。3路煙氣取樣直接插入煙道內(nèi)，取樣長度為800mm。煙囪出口NOx質(zhì)量濃度的測量采用單點(diǎn)采樣方式，布置在煙囪60m平臺處。

脫硝SCR出口NOx煙氣分析儀原理為微分紅外法，量程為0～400mg／m3，精度為1%；煙囪出口NOx質(zhì)量濃度測量采用紅外光吸收法，量程為0～800mg／m3，精度為2%。測量系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 環(huán)保測量機(jī)組系統(tǒng)

2 NOx參數(shù)測量問題現(xiàn)狀及分析

機(jī)組自投運(yùn)以來，一直存在脫硝出口與煙囪出口NOx質(zhì)量濃度測量值匹配性差的問題，影響機(jī)組的環(huán)保數(shù)據(jù)可靠性。具體表現(xiàn)為：時(shí)常出現(xiàn)脫硝出口NOx質(zhì)量濃度低而煙囪出口NOx質(zhì)量濃度高的現(xiàn)象，俗稱“NOx倒掛”，影響對脫硝效率和氨氣逃逸率的調(diào)節(jié)控制。造成此問題的因素主要有以下幾方面。

2.1 分析儀表的問題

分析儀表自身測量精度與長期使用造成了系統(tǒng)性誤差。煙囪出口和脫硝出口表計(jì)測量原理和品牌不同，測量精度也不一樣，隨著長期投運(yùn)，表計(jì)的老化程度不一樣，造成了系統(tǒng)誤差。隨著環(huán)保超低排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，這種系統(tǒng)誤差對NOx質(zhì)量濃度測量的影響越發(fā)重要。

2.2 測點(diǎn)設(shè)計(jì)布置問題

脫硝SCR出口處NOx質(zhì)量濃度場分布不均勻?qū)е聹y點(diǎn)取樣代表性差。鍋爐脫硝SCR后煙氣取樣安裝在脫硝催化劑后的變徑方形煙道上，煙道上端面尺寸為25700mm×13800mm，煙道下端面尺寸為12500mm×10400mm，變徑煙道的高度為8500mm，取樣點(diǎn)設(shè)置下端面上1000mm處。由于在變徑煙道中煙氣呈現(xiàn)紊流流場，靠近變徑煙道壁面煙氣流動(dòng)更加混亂。對不穩(wěn)定流場在不同負(fù)荷段的NOx質(zhì)量濃度進(jìn)行手工測量，發(fā)現(xiàn)不同測點(diǎn)間偏差很大，說明煙氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（CEMS）測量根本無法取到穩(wěn)定、具有代表性的合格煙氣。

2.3 距離引起的測量滯后誤差

由于爐膛存在一定的偏燒問題，爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的NOx不穩(wěn)定，單位時(shí)間內(nèi)NOx質(zhì)量濃度變化大（每秒可達(dá)16mg／m3左右）。脫硝出口NOx測點(diǎn)與脫硫煙囪出口NOx測點(diǎn)相距近300m，這樣在2套測量系統(tǒng)上存在很大時(shí)間滯后，可能達(dá)到30 s。這樣造成了爐內(nèi)NOx質(zhì)量濃度大幅度變化時(shí)，往往會導(dǎo)致脫硝SCR與煙囪出口NOx質(zhì)量濃度實(shí)時(shí)測量值有較大偏差。

3 特性試驗(yàn)及分析

基于以上理論分析，需要對鍋爐不同負(fù)荷段下SCR出口的NOx質(zhì)量濃度場分布特性進(jìn)行監(jiān)測及對比分析，從而對測點(diǎn)布置提供參考性的優(yōu)化選擇方案。

3.1 試驗(yàn)方案

根據(jù)HJ／T 75—2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》及GB／T 16157—1996《固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》等標(biāo)準(zhǔn)，在SCR反應(yīng)器出口煙道用網(wǎng)格法布點(diǎn)，在100%額定負(fù)荷和50%額定負(fù)荷下，用氣體分析儀和氧量儀同時(shí)測量反應(yīng)器出口各網(wǎng)格點(diǎn)的NOx和O2的質(zhì)量濃度，并記錄各項(xiàng)參數(shù)（如圖2所示）。

圖2 脫硝出口煙氣取樣示意

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

不同負(fù)荷下的試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

對比不同負(fù)荷下NOx質(zhì)量濃度分布曲線，可以看出，＃1，＃2測點(diǎn)受負(fù)荷影響變化大，其余測點(diǎn)NOx質(zhì)量濃度變化相對穩(wěn)定。

對比分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論。

（1）在相同負(fù)荷下，尾部煙道的質(zhì)量濃度流場分布不均；在不同負(fù)荷下，尾部煙道的質(zhì)量濃度流場分布差異性更大。

（2）造成質(zhì)量濃度流場分布差異性大的影響因子主要是爐內(nèi)燃燒差異性大，爐內(nèi)燒偏對NOx質(zhì)量濃度產(chǎn)生較大影響，同時(shí)尾部煙道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性也在一定程度上影響了NOx質(zhì)量濃度的分布。

（3）在對煙氣NOx質(zhì)量濃度的測量上，現(xiàn)有熱工測量儀表的測量準(zhǔn)確度是滿足比對要求的，存在的主要問題是煙道流場不均勻，導(dǎo)致測量抽取的樣氣代表性不足。

圖3 50%額定負(fù)荷下經(jīng)O2修正后NOx質(zhì)量濃度分布對比

圖4 100%額定負(fù)荷下經(jīng)O2修正后NOx質(zhì)量濃度分布對比

4 解決對策

針對NOx測量存在的誤差以及脫硝煙囪出口NOx質(zhì)量濃度不匹配問題，可以從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)。

（1）提高儀表測量精度。將煙囪及脫硝出口分析儀改換精度更高且相同測量方式的分析儀，對長期使用的儀表進(jìn)行更新，同時(shí)采用多點(diǎn)標(biāo)定方法驗(yàn)證儀表的線性測量準(zhǔn)確度。

（2）進(jìn)行鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)［3］。檢查SCR系統(tǒng)煙道情況，合理布置導(dǎo)流板，避免煙氣系統(tǒng)偏流；根據(jù)測試SCR反應(yīng)器進(jìn)、出口煙氣中NOx的質(zhì)量濃度以及出口氨的質(zhì)量濃度均布情況，調(diào)整噴氨格柵手動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，使出口NOx質(zhì)量濃度分布均勻，并嚴(yán)格控制出口氨逃逸率不超過設(shè)計(jì)值。

（3）對煙氣取樣測點(diǎn)布置進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)選在煙氣流場穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行多點(diǎn)取樣［4－6］。在選取正確的取樣點(diǎn)存在困難的情況下，考慮使用合適的取樣器進(jìn)行多點(diǎn)混合式取樣，使煙氣在進(jìn)入取樣探頭前混合均勻，獲得混合均勻、代表性強(qiáng)的樣氣。改進(jìn)后的取樣點(diǎn)如圖5所示，在改變?nèi)悠鏖L度的同時(shí)增加了取樣孔數(shù)量，改進(jìn)單根取樣器的取樣方式，實(shí)現(xiàn)煙道縱向無盲區(qū)取樣。

圖5 改進(jìn)新型取樣器

5 結(jié)論

（1）造成在線NOx質(zhì)量濃度測量偏差的主要因素是儀表誤差和采樣系統(tǒng)誤差。由于煙道流場內(nèi)NOx分布不均勻，使煙氣采樣不具有代表性，造成脫硫脫硝NOx質(zhì)量濃度的測量偏差與不匹配。

（2）在低NOx質(zhì)量濃度下，分析儀表的測量精度與系統(tǒng)誤差對NOx質(zhì)量濃度的測量影響更大。在超低排放改造和新工程建設(shè)中，建議采用符合超低排放標(biāo)準(zhǔn)的分析儀表，要求SCR出口和煙氣脫硫（FGD）出口分析儀表對NOx組分測量的方式和精度相同。

（3）通過SCR噴氨均勻性調(diào)整試驗(yàn)，確保SCR出口NOx質(zhì)量濃度均勻分布，同時(shí)采用新的點(diǎn)陣混合均勻取樣方式，使CEMS采集的煙氣質(zhì)量濃度更具有代表性，消除系統(tǒng)NOx質(zhì)量濃度測量偏差和不匹配問題。

［1］朱法華，王圣，孫雪麗，等.氮氧化物控制技術(shù)在電力行業(yè)中的應(yīng)用［J］.中國電力，2011，44（12）：55－59.

［2］黃東.火電行業(yè)氮氧化物控制技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析［D］.南京：南京信息工程大學(xué)，2013.

［3］曹志勇，譚城軍，李建中，等.燃煤鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)［J］.中國電力，2011，44（11）：55－58.

［4］宋曉紅，閆維明，陶志國，等.在線煙氣氮氧化物濃度測量偏差原因分析［J］.熱力發(fā)電，2013，42（2）：86－91.

［5］王衛(wèi)群，賈濤，華偉.1000MW燃煤機(jī)組脫硝裝置CEMS采樣方式的改進(jìn)措施［J］.電力科技與環(huán)保，2014（2）：26－29.

［6］方朝君，俞駿，周龍.SCR脫硝噴氨優(yōu)化對NOx在線測量的影響分析［J］.電站系統(tǒng)工程，2015（4）：55－58.

（本文責(zé)編：弋洋）

TK 223.21

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1674－1951（2016）02－0074－03

舒茂龍（1982—），男，安徽黟縣人，工程師，工學(xué)碩士，從事火力發(fā)電廠熱工控制技術(shù)方面的工作（E-mail：pskysm l＠163.com）。

2015－11－27；

2016－02－16