朱逢民（國(guó)投欽州發(fā)電有限公司，廣西欽州535008）

火電廠脫硝CEMS采樣裝置的優(yōu)化

朱逢民（國(guó)投欽州發(fā)電有限公司，廣西欽州535008）

以某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組脫硝A反應(yīng)器所采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析煙氣采樣裝置的不足之處，并闡述CEMS優(yōu)化的原因和必要性，以及優(yōu)化改造的過程和優(yōu)化改造后的運(yùn)行效果評(píng)價(jià)。優(yōu)化后NOx含量檢測(cè)的準(zhǔn)確性的提高，使噴氨的效率明顯提高，為優(yōu)化自動(dòng)噴氨控制打下了基礎(chǔ)，也為環(huán)保監(jiān)測(cè)提供了更為準(zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)。

發(fā)電廠；機(jī)組；反應(yīng)器；脫硝；優(yōu)化

前言

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，火電廠也采取了很多的措施來改善煙氣對(duì)環(huán)境帶來的影響，其中脫硝系統(tǒng)主要作用是降低煙氣中NOx的含量，其采樣系統(tǒng)Continuous Emission Monitoring System簡(jiǎn)稱CEMS系統(tǒng)，是指對(duì)大氣污染源排放的氣態(tài)污染物和顆粒物進(jìn)行濃度和排放總量的連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它不但對(duì)脫硝系統(tǒng)中脫硝劑的使用量有至關(guān)重要的影響，而且其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)要送至環(huán)保部門；因此，CEMS系統(tǒng)對(duì)煙氣中NOx的檢測(cè)的準(zhǔn)確性將十分重要。

1　CEMS系統(tǒng)的測(cè)量原理

CEMS系統(tǒng)主要由煙氣排放參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理子系統(tǒng)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(chǎn)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(cè)量法來測(cè)量煙氣中的溫度、壓力、粉塵濃度流量、煙氣含濕量等參數(shù)，測(cè)量的參數(shù)分別送入DCS后參與控制或通過以太網(wǎng)送至環(huán)保部門以供監(jiān)測(cè)。

2　應(yīng)用概況

2.1系統(tǒng)概況

該電廠總裝機(jī)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(yīng)，其反應(yīng)器布置在省煤器與空預(yù)器之間，屬于高塵布置方式；兩臺(tái)機(jī)組脫硝共4個(gè)反應(yīng)器，每個(gè)反應(yīng)器入口和出口均有一套CEMS系統(tǒng)，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(cè)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(dòng)泵組成。

2.2優(yōu)化前CEMS采樣系統(tǒng)存在的問題

（1）由于該脫硝反應(yīng)器采用傳統(tǒng)的高粉塵布置方式，每個(gè)反應(yīng)器的進(jìn)口和出口均只有一個(gè)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(cè)量，還會(huì)使自動(dòng)噴氨跳出自動(dòng)，導(dǎo)致煙氣NOx含量超標(biāo)。

（2）脫硝反應(yīng)器內(nèi)噴氨的均勻度和反應(yīng)的不確定性導(dǎo)致反應(yīng)器出口NOx的呈現(xiàn)不均勻的分布，如果只采用一個(gè)中心點(diǎn)的采樣來代表整個(gè)煙道內(nèi)的NOx濃度分布，則會(huì)出現(xiàn)比較大的偏差，當(dāng)偏差達(dá)到一定程度后就會(huì)出現(xiàn)過噴氨和欠噴氨的情況，欠噴氨會(huì)導(dǎo)致出口氮氧化物的超標(biāo)；過噴氨會(huì)導(dǎo)致氨逃逸量增加，過多的氨逃逸會(huì)對(duì)下游設(shè)備造成影響，不利于機(jī)組安全運(yùn)行。

（3）在2014年5月，對(duì)該廠2號(hào)機(jī)組脫硝CEMS采樣系統(tǒng)進(jìn)行了改造前的摸底試驗(yàn)，首先對(duì)其在600MW負(fù)荷時(shí)脫硝反應(yīng)器入口和出口的煙氣中NOx的含量分布進(jìn)行一個(gè)檢測(cè)，每個(gè)反應(yīng)器進(jìn)口和出口均有9個(gè)均勻水平分布的取樣孔，A側(cè)反應(yīng)器取樣孔的順序由稀釋風(fēng)機(jī)到鍋爐固定端，以下是A反應(yīng)器的入口和出口的所對(duì)應(yīng)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(yīng)器入口的每個(gè)測(cè)孔測(cè)得的NOx的含量不相同，這跟煙氣流場(chǎng)有很大關(guān)系；同時(shí)A反應(yīng)器的出口的每個(gè)測(cè)量孔NOx的含量相差很大，這不但與煙氣流場(chǎng)有關(guān)系，也受噴氨手動(dòng)門的開度調(diào)整的影響。同時(shí)經(jīng)安裝在反應(yīng)器出口處的氨逃逸檢測(cè)儀檢測(cè)到在上述摸底的同一時(shí)刻，其A反應(yīng)器和B反應(yīng)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(shè)備（空預(yù)器）冷端區(qū)域反應(yīng)生成具有強(qiáng)粘附性的硫酸氫銨，與煙氣中的灰塵粘附在空預(yù)器換熱元件上，引起層間堵塞，阻力上升。

表1　A側(cè)入口NOx含量測(cè)量值

表2　A側(cè)出口NOx含量測(cè)量值

同時(shí)，噴氨自動(dòng)控制中反應(yīng)器入口和反應(yīng)器出口的氮氧化物含量是參與控制的主要參數(shù)，當(dāng)只有一個(gè)采樣孔時(shí)，無論安裝在哪個(gè)位置，當(dāng)負(fù)荷變化或噴氨手動(dòng)門調(diào)整后均不能很好的檢測(cè)到準(zhǔn)確的NOx含量，在自動(dòng)控制時(shí)容易出現(xiàn)控制偏差。當(dāng)氨逃逸濃度指示超標(biāo)，引起連鎖控制的噴氨量自動(dòng)減少，脫硝效率也跟著降低。

3　脫硝CEMS的優(yōu)化實(shí)施

針對(duì)上述暴露出來的問題，通過分析得出，由于燃燒方式導(dǎo)致的煙道中流場(chǎng)的不斷變化和噴氨的不均勻性所導(dǎo)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(shù)量，經(jīng)過多個(gè)采樣孔來的煙氣經(jīng)過混合后送入煙氣分析儀，這樣有利于提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

3.1增加取樣探頭數(shù)量

增加脫硝反應(yīng)器上采樣探頭的數(shù)量，原有探頭安裝在反應(yīng)器進(jìn)、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(cè)各增加一個(gè)探頭，以3個(gè)均勻分布的探頭來進(jìn)行預(yù)取樣，取樣后的煙氣在管道內(nèi)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(zhǔn)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(shù)據(jù)

改造后對(duì)進(jìn)口和出口的三個(gè)采樣探頭分別進(jìn)行采樣，并對(duì)混合后的氣體進(jìn)行采樣，算出其混合后采樣值與三個(gè)采樣探頭分別采樣后，其每個(gè)入口與混合后的值相差不大，但反應(yīng)器出口各個(gè)測(cè)點(diǎn)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(huán)保部門提供一個(gè)比較客觀準(zhǔn)確的值，而且對(duì)脫硝自動(dòng)投入后噴氨量更合適。如表3和表4，分別是2號(hào)爐A側(cè)脫硝反應(yīng)器進(jìn)、出口NOx的濃度。

表3　2號(hào)爐A側(cè)脫硝進(jìn)口NOx測(cè)試結(jié)果

表4　2號(hào)爐A側(cè)脫硝出口NOx測(cè)試結(jié)果

4　優(yōu)化效果評(píng)價(jià)

在改造后對(duì)其A、B反應(yīng)器在600MW、450MW和350MW的負(fù)荷下均進(jìn)行采樣，并算出平均值，將其平均值與600MW摸底試驗(yàn)做比較得出表5。

表5　2號(hào)機(jī)組脫硝系統(tǒng)優(yōu)化前后數(shù)據(jù)分析

摸底試驗(yàn)在600MW負(fù)荷的工況下，同時(shí)測(cè)得反應(yīng)器進(jìn)、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(dá)到44.3%，兩個(gè)反應(yīng)器的最大氨逃逸量達(dá)到了 3.32ppm和1.83ppm；而改造后的三個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)上，在脫硝率沒有降低的情況下，除了一個(gè)點(diǎn)檢測(cè)到1.97ppm的氨逃逸外，其余各點(diǎn)均未檢出氨逃逸；運(yùn)行人員根據(jù)出口的NOx濃度對(duì)其噴氨手動(dòng)門開度進(jìn)行調(diào)整后，不均勻度也有了明顯改善，通過以上的優(yōu)化實(shí)施，取得了以下顯著成果：

（1）脫硝自動(dòng)控制更加穩(wěn)定，大大降低了氨氣過噴和欠噴的概率。

（2）采樣結(jié)果更具代表性，運(yùn)行人員可以根據(jù)采樣數(shù)據(jù)對(duì)其噴氨手動(dòng)門進(jìn)行更準(zhǔn)確的調(diào)整。

（3）降低了管路堵塞的幾率，減少維護(hù)人員維護(hù)頻率。

5　結(jié)語

本文只提供了2號(hào)機(jī)組脫硝A反應(yīng)器的一組數(shù)據(jù)，由于兩臺(tái)機(jī)組的反應(yīng)器布置方式、機(jī)組類型、運(yùn)行方式等完全相同，因此其具有代表性。其兩臺(tái)機(jī)組工四個(gè)反應(yīng)器共需要增加16個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣頭只需要布置伴熱帶和反吹裝置即可，實(shí)施成本低，可行性高，通過對(duì)脫硝CEMS采樣系統(tǒng)的優(yōu)化，提高了脫硝進(jìn)出口NOx、氧量、噴氨量的測(cè)量精度，為運(yùn)行人員和環(huán)保部門的監(jiān)測(cè)提供了更為連續(xù)及可靠的數(shù)據(jù)，消除了機(jī)組的一項(xiàng)安全隱患。同時(shí)，提高了氨氣的使用率，降低了氨逃逸對(duì)下有設(shè)備的影響，為提高電廠經(jīng)濟(jì)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(jí)工程師，本科，主要從事電力企業(yè)管理工作。