分区取样系统在火电厂脱硝烟气监测中的应用研究

陈 曦

（浙江融智能源科技有限公司， 浙江 杭州 310000）

引言

随着我国日益严格的燃煤电厂排放标准出台，火电厂氮氧化物排放浓度要求越来越低。根据《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》的要求，东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量（质量分数）为6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放质量浓度分别不高于10、35、50 mg/m3）。为达到排放要求，新建电厂通常采用SCR脱硝装置降低NOx浓度。脱硝装置入口NOx的浓度受锅炉燃烧及流场影响并不是均匀分布的，存在偏差并且在不同工况下偏差大小及趋势也不相同。因此SCR脱硝装置人口的N0x浓度波动频繁，会导致出口浓度控制难度较大。由于常规脱硝装置采用单点取样，N0x浓度在反应区的不均匀分布会使单点的取样点代表性变差，存在的现象就是脱硝出口CEMS测量结果与烟囱出口的CEMS测量结果有偏差。

当脱硝喷氨调节系统采用不具备代表性的取样点的测量结果作为输入条件时，会增加喷氨量控制的难度，结果可能导致逃逸氨浓度偏高或脱硝装置排放指标超标。本文针对这个问题提出了一套适合脱硝装置出口CEMS的取样装置-分区取样系统。

1 分区取样系统研究背景

脱硝装置出口NOx测点布置在脱硝出口烟道上。由于脱硝装置反应器截面尺寸较大而空预器入口烟道截面尺寸较小，因此出口烟道一般存在变截面，很少有较长的矩形直段。总的来说测点布置位置具有以下特点：烟道截面面积大、直段短或无直段、变径或弯头较多。同时由于脱硝入口NOx浓度波动及催化剂反应效率的影响，脱硝出口烟气条件复杂[1]。图1、图2所示为国内某1 000 MW机组脱硝装置出口烟道A、B侧截面NOx网格法测量试验数据（图1、图2中左上为NOx浓度，单位为10-6；右下为含氧量，单位为%）。

图1 某1 000 MW机组脱硝装置出口烟道A侧截面NOx网格法测量试验数据（一）

图2 某1 000 MW机组脱硝装置出口烟道B侧截面NOx网格法测量试验数据（一）

从该图数据可以看出，采用网格法测量了A、B侧各18个点的烟气NOx浓度，NOx分布不均匀，平均值分别为13.8×10-6、11.3×10-6，其标准偏差分别为76.8%、92.9%。而同时A侧CEMS的布置位于G测的1、2点之间，在线测量结果为10.2×10-6；B侧CEMS的布置位置在P测的1、2点之间附近，在线测量值为23.7×10-6；烟囱处在线测量结果为13×10-6。在线测点与平均值测量结果偏差达A侧为-26%，B侧为110%，烟囱处为3.58%。可以看出常规的单点取样在线检测系统无法准确的表示出脱硝出口NOx浓度的实际情况，而当烟气经常脱硝尾部空预器、除尘器、脱硫等设备进入烟囱后，烟气经过剧烈扰动，NOx的测量值与网格法平均值较为接近。但是由于烟囱入口距离脱硝装置太远，烟气从脱硝出口到烟囱需要较长时间，在做性能试验时或工况稳定时可作为参考值，而在负荷调整或波动较频繁时不能满足系统运行要求，因此需要进一步提高脱硝出口NOx浓度的测量结果的可靠性。脱硝装置出口NH3浓度在线测量一般采用激光分析方法，由于烟气中含尘量较高，因此激光的光程较近一般为1 m左右，通常布置在烟道的角落里，而且出口烟气中的NH3浓度（NH3的质量分数）一般小于3×10-6，因此NH3浓度测量难度很大。

2 分区取样系统设计

为了提高脱硝出口NOx和NH3浓度测量的准确度，采用分区取样系统，系统包括分区取样装置、取样总管和取样箱。将多个分区取样装置布置在SCR反应器出口烟道的整个烟道截面，每个取样装置上设有多个开口朝向与烟气流向一致的取样口，利用SCR反应器出口烟道和空气预热器出口烟道之间的压差，使烟气通过取样口进入分区取样装置。所述的多个分区取样装置中的烟气汇集于取样总管，通过连接取样总管和取样箱的垂直向下管道进入取样箱。在取样箱上设有取样探头、取样探头和热电偶，取样烟气通过取样探头经取样泵抽吸至分析仪，通过分析仪检测烟气中NOx和NH3浓度[2]（取样分区布置示意图3所示）。

图3 取样分区布置示意

3 分区取样系统应用效果

将分区取样系统应用在某1 000 MW机组脱硝装置出口，同样用网格法测量试验数据与安装在分区取样系统上的CEMS测点及烟囱处CEMS测点数据进行比较。再次试验时网格法测量试验数据见图4、5 所示（图 4、图 5 中左上为NOx浓度，单位为 10-6；右下为含氧量，单位为%）。

图4 某1 000 MW机组脱硝装置出口烟道A侧截面NOx网格法测量试验数据（二）

图5 某1 000 MW机组脱硝装置出口烟道A侧截面NOx网格法测量试验数据（二）

从该图数据可以看出，加装区域取样系统后再次采用网格法测量了A、B侧各18个点的烟气NOx浓度，NOx分布不均匀，平均值分别为17.3×10-6、18.7×10-6，其标准偏差分别为60.1%、64.7%。布置在取样箱上的在线测量值为18.2×10-6；烟囱处在线测量结果为18.8×10-6。可以看到取样箱上的测量值与网格法测量平均值以及烟囱入口处在线测量结果都很接近，与单点取样装置比大大减少了偏差值，对脱硝装置的运行起到很好的监控作用。同时，布置在取样箱上的NH3在线分析仪表，根据运行情况，读数稳定，减少了局部NH3超标引起的误报等情况的发生。

参考文献

[1] 刘淑英，夏永俊，曾过房，等.大型超超临界机组SCR系统问题探析[J].锅炉制造，2014（6）：38-41.

[2] 何鹏晟，王秋生，刘凤明.火力发电厂脱硝烟气监测取样网格化改造[J].自动化应用，2015（9）：20-23.