孫成永 張鵬 王娜

摘要：火電廠煙道屬于大截面煙道，由于鍋爐結(jié)構(gòu)的限制，煙道流場分布不均勻。尤其是脫硝出口煙道，普遍存在著催化還原反應(yīng)不均勻、煙道直管段短的問題，煙氣濃度場分布不均勻。在流場不均的煙道，單點(diǎn)取樣測量的煙氣數(shù)據(jù)不能代表煙氣的實(shí)際參數(shù)，不能作為生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)節(jié)的參考依據(jù)。本文通過對(duì)比幾種應(yīng)用于煙氣取樣的典型取樣技術(shù)，提出了適用于不均勻流場煙道的矩陣取樣技術(shù)，為火電廠煙氣取樣分析提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：大截面煙道；流場不均；矩陣取樣

中圖分類號(hào)：X701.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）03-0244-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.147

Abstract： Flue section of thermal power plant is large cross section . Due to the limitation of boiler structure.Non-uniform of the flow field distribution is ubiquity .Especially the export smoke cross of denitrification. The problem of catalytic reaction is not uniform and straight pipe section of flue is short is ubiquity.Consistency gas is maldistribution .Uneven distribution of flue in the flow field ，the gas data of single point sampling measurement doesnt represent the actual data.It can not be used as a reference for production operation adjustment. In this paper ， by comparing several kinds of typical probe technologies which are applied to gas probe. Optimized configuration solution of gas probe technologies ，is put forward to suit for gas probe technologies， and a reference is provided in the selection of gas probe system for the gas probe of thermal power plants.

Key words： Large section flue； Uneven flow field； Atrix sampling

燃煤機(jī)組煙氣脫硝改造，由于場地空間限制，脫硝出口煙道較短，而且存在多處變徑和拐角；火電廠煙道屬于大截面煙道，煙道尺寸在幾米到十幾米，流場不均普遍存在。由于煙道流場分布不均，脫硝出口NOX和NH3的濃度分布也不均勻。在運(yùn)行過程中，脫硝出口NOX和NH3濃度的測量數(shù)據(jù)存在基本不變化或者波動(dòng)較大的情況，不響應(yīng)系統(tǒng)工況變化，還存在脫硝出口與脫硫出口所測NOX濃度偏差較大的情況。這些測量數(shù)據(jù)不但不能為生產(chǎn)運(yùn)行提供指導(dǎo)，反倒給運(yùn)行人員帶來困擾，給脫硝系統(tǒng)投自動(dòng)也帶來較大障礙[1]。

這些問題都是在流場分布不均的煙道上，采用傳統(tǒng)的單點(diǎn)取樣方式所帶來的。在不均勻流場，一個(gè)點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)不能代表整個(gè)煙道的煙氣濃度參數(shù)，該點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)也失去了使用價(jià)值和意義。當(dāng)前，NOX和NH3的濃度檢測已經(jīng)有較為先進(jìn)的化學(xué)發(fā)光技術(shù)，測量精度可達(dá)到PPB級(jí)，導(dǎo)致NOX和NH3測量不準(zhǔn)的主要原因集中在取樣方式上。因此，研究一種能適用于不均勻流場、能充分反映煙道實(shí)際濃度的煙氣取樣技術(shù)就具有比較現(xiàn)實(shí)的意義[2]。

1 煙氣不均勻性和取樣技術(shù)現(xiàn)狀分析

1.1 煙氣不均勻性分析

為分析煙氣流場的分布情況，對(duì)某電廠300MW機(jī)組脫硝出口煙氣NOX和NH3的濃度分布進(jìn)行了測試。煙道為10m×4m矩形煙道，在煙道AB側(cè)分別取2個(gè)取樣點(diǎn)，一共取A、B、C、D四個(gè)點(diǎn)的NOX和NH3濃度測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，取樣示意圖如圖1所示。

在負(fù)荷工況基本保持不變的情況下，分別對(duì)四個(gè)點(diǎn)的NOX和NH3濃度進(jìn)行連續(xù)測量，測量持續(xù)時(shí)間為2小時(shí)，測量數(shù)據(jù)整理成曲線分別如圖2和圖3所示。

由圖2和圖3的測量曲線可看出，無論是NOX還是NH3，其濃度分布都是不均勻的。其中A取樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，但NOX的測量值比實(shí)際煙氣濃度值偏高，基本都超過了排放限值50mg/m3；而NH3基本接近于0，無較大波動(dòng)。其他三個(gè)取樣點(diǎn)所測量的數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，也無規(guī)律可循。由此可見，不同取樣點(diǎn)的測量濃度相差達(dá)到幾倍甚至幾十倍，如若采用單點(diǎn)取樣方式，無論是在哪一個(gè)點(diǎn)取樣進(jìn)行煙氣監(jiān)測，其測量值都不能代表煙氣濃度的實(shí)際值[3]。

1.2 煙氣取樣技術(shù)現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的煙氣取樣方式為單點(diǎn)取樣，探桿長度一般為1.5m，樣氣經(jīng)煙氣預(yù)處理系統(tǒng)濾塵、除水后進(jìn)入分析儀進(jìn)行檢測。取樣示意圖如圖4所示。

脫硝改造實(shí)施后，因單點(diǎn)取樣不能滿足運(yùn)行對(duì)測量數(shù)據(jù)的要求，從而產(chǎn)生了三點(diǎn)取樣。探桿長度1.5m，在同側(cè)煙道的不同位置安裝3個(gè)取樣探桿，使用取樣泵將樣氣抽出進(jìn)入混合箱混合，再經(jīng)過預(yù)處理濾塵、除水后進(jìn)入分析儀檢測。取樣示意圖如圖5所示。

從圖4和圖5可以看出，無論是單點(diǎn)取樣點(diǎn)還是三點(diǎn)取樣，在大截面不均勻的流場里，其測量數(shù)據(jù)都不具備代表性，不能真實(shí)反映煙氣實(shí)際污染物濃度。

2 矩陣式煙氣取樣的技術(shù)原理

矩陣式煙氣取樣裝置是將煙道斷面劃分為若干個(gè)等面積的矩形小塊，各塊中心即為取樣點(diǎn)。通過多個(gè)取樣點(diǎn)的合理布置，用以實(shí)現(xiàn)大截面煙道的全截面煙氣混合取樣。煙氣經(jīng)各支管取樣后，在煙道外匯流到一混合母管，混合母管連接至空氣預(yù)熱器后端。矩陣取樣裝置取樣示意圖如圖6所示。

由圖6可以看出，煙氣測量單元安裝在矩陣取樣裝置混合后的母管上，所測量的煙氣為若干取樣點(diǎn)取樣后混合的煙氣，其測量值可代表煙道內(nèi)煙氣污染物的實(shí)際濃度。

3 矩陣式煙氣取樣技術(shù)的應(yīng)用效果

某電廠300MW機(jī)組在A側(cè)脫硝反應(yīng)器出口安裝了矩陣式煙氣取樣裝置，裝置投入運(yùn)行2個(gè)月后，收集脫硝出口NOX和NH3的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)曲線如圖7所示。

由圖7中NOX和NH3的歷史數(shù)據(jù)曲線可看出，采用矩陣式煙氣取樣裝置所測量的數(shù)據(jù)曲線平滑穩(wěn)定，能真實(shí)反映整個(gè)煙道內(nèi)的污染物濃度。而且數(shù)據(jù)無急劇的階躍變化，有利于脫硝自動(dòng)的投入。

4 結(jié)論

采用單點(diǎn)或三點(diǎn)煙氣取樣方式所測量的煙氣濃度數(shù)據(jù)不能代表大截面不均勻流場煙道的實(shí)際污染物濃度。

矩陣式煙氣取樣裝置采用多點(diǎn)取樣、混合測量的方式，可有效解決單點(diǎn)測量不具代表性的問題，其測量數(shù)據(jù)可代表煙氣污染物的實(shí)際濃度。安裝矩陣式煙氣取樣裝置后脫硝系統(tǒng)可投入自動(dòng)，有利于脫硝系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行[4]。矩陣式煙氣取樣裝置有耐腐蝕、耐磨、反吹和自清灰設(shè)計(jì)，母管有加熱和保溫設(shè)計(jì)，有效防止了裝置堵塞和磨損，大大降低了維護(hù)量。

參考文獻(xiàn)

[1]張振義，鄒磊.火電廠凈煙氣煙道流場特性分析及流量測點(diǎn)選擇[J].江蘇電機(jī)工程，2014，33（04）：75-77.

[2]王秋紅.煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）在燃煤鍋爐上的應(yīng)用[J].中國儀器儀表，2010（S1）：58-60.

[3]毛奕升，吳智鵬，張孝天.火電廠SCR脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調(diào)整及煙氣取樣方法改進(jìn)[J].中國電力，2017，50（04）：167-171.

[4]張迎飛，陳亮.煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].儀器儀表用戶，2016，23（06）：45-47.

收稿時(shí)間：2017-12-29

作者簡介：孫成永（1983-），男，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)槟茉措娏?jié)能與環(huán)保。