大型火力發(fā)電機組NOx質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）

大型火力發(fā)電機組NOx質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)電機組普遍存在的NOx質量濃度在線測量值偏差大的問題進行了詳細分析，通過進行NOx質量濃度分布特性試驗，逐項分析儀表精度、測點設計布置等因素的影響，并提出針對性優(yōu)化對策。

NOx；測量偏差；精度；測點；優(yōu)化

0 引言

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

1 系統(tǒng)及設備概述

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、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構塔式鍋爐。

鍋爐脫硝采用選擇性催化還原技術（SCR），垂直煙道3層設計，煙氣取樣設在下層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，取樣長度為800mm。煙囪出口NOx質量濃度的測量采用單點采樣方式，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)具體結構如圖1所示。

圖1 環(huán)保測量機組系統(tǒng)

2 NOx參數(shù)測量問題現(xiàn)狀及分析

機組自投運以來，一直存在脫硝出口與煙囪出口NOx質量濃度測量值匹配性差的問題，影響機組的環(huán)保數(shù)據(jù)可靠性。具體表現(xiàn)為：時常出現(xiàn)脫硝出口NOx質量濃度低而煙囪出口NOx質量濃度高的現(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測量原理和品牌不同，測量精度也不一樣，隨著長期投運，表計的老化程度不一樣，造成了系統(tǒng)誤差。隨著環(huán)保超低排放標準的實施，這種系統(tǒng)誤差對NOx質量濃度測量的影響越發(fā)重要。

2.2 測點設計布置問題

脫硝SCR出口處NOx質量濃度場分布不均勻導致測點取樣代表性差。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，取樣點設置下端面上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更加混亂。對不穩(wěn)定流場在不同負荷段的NOx質量濃度進行手工測量，發(fā)現(xiàn)不同測點間偏差很大，說明煙氣自動監(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，爐內燃燒產(chǎn)生的NOx不穩(wěn)定，單位時間內NOx質量濃度變化大（每秒可達16mg／m3左右）。脫硝出口NOx測點與脫硫煙囪出口NOx測點相距近300m，這樣在2套測量系統(tǒng)上存在很大時間滯后，可能達到30 s。這樣造成了爐內NOx質量濃度大幅度變化時，往往會導致脫硝SCR與煙囪出口NOx質量濃度實時測量值有較大偏差。

3 特性試驗及分析

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

3.1 試驗方案

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》等標準，在SCR反應器出口煙道用網(wǎng)格法布點，在100%額定負荷和50%額定負荷下，用氣體分析儀和氧量儀同時測量反應器出口各網(wǎng)格點的NOx和O2的質量濃度，并記錄各項參數(shù)（如圖2所示）。

圖2 脫硝出口煙氣取樣示意

3.2 試驗結果

不同負荷下的試驗結果如圖3、圖4所示。

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

對比分析試驗數(shù)據(jù)可以得出以下結論。

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

（2）造成質量濃度流場分布差異性大的影響因子主要是爐內燃燒差異性大，爐內燒偏對NOx質量濃度產(chǎn)生較大影響，同時尾部煙道內部結構的復雜性也在一定程度上影響了NOx質量濃度的分布。

（3）在對煙氣NOx質量濃度的測量上，現(xiàn)有熱工測量儀表的測量準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，導致測量抽取的樣氣代表性不足。

圖3 50%額定負荷下經(jīng)O2修正后NOx質量濃度分布對比

圖4 100%額定負荷下經(jīng)O2修正后NOx質量濃度分布對比

4 解決對策

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

（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行更新，同時采用多點標定方法驗證儀表的線性測量準確度。

（2）進行鍋爐SCR煙氣脫硝系統(tǒng)噴氨優(yōu)化調整試驗［3］。檢查SCR系統(tǒng)煙道情況，合理布置導流板，避免煙氣系統(tǒng)偏流；根據(jù)測試SCR反應器進、出口煙氣中NOx的質量濃度以及出口氨的質量濃度均布情況，調整噴氨格柵手動調節(jié)閥的開度，使出口NOx質量濃度分布均勻，并嚴格控制出口氨逃逸率不超過設計值。

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

圖5 改進新型取樣器

5 結論

（1）造成在線NOx質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質量濃度的測量偏差與不匹配。

（2）在低NOx質量濃度下，分析儀表的測量精度與系統(tǒng)誤差對NOx質量濃度的測量影響更大。在超低排放改造和新工程建設中，建議采用符合超低排放標準的分析儀表，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噴氨均勻性調整試驗，確保SCR出口NOx質量濃度均勻分布，同時采用新的點陣混合均勻取樣方式，使CEMS采集的煙氣質量濃度更具有代表性，消除系統(tǒng)NOx質量濃度測量偏差和不匹配問題。

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（本文責編：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，工學碩士，從事火力發(fā)電廠熱工控制技術方面的工作（E-mail：pskysm l＠163.com）。

2015－11－27；

2016－02－16