煙氣脫硝系統(tǒng)CEMS煙氣采樣裝置技術(shù)改造

（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江蘭溪321100）

煙氣脫硝系統(tǒng)CEMS煙氣采樣裝置技術(shù)改造

黃建偉，竹小鋒

（浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江蘭溪321100）

燃煤發(fā)電廠歷來被視為大氣污染物的主要來源，氮氧化物的排放更是大氣污染物的重要指標(biāo)之一。浙能蘭溪發(fā)電廠針對(duì)脫硝CEMS煙氣采樣裝置堵塞問題進(jìn)行了技術(shù)改造，分析了測(cè)量裝置的構(gòu)成和原理，找到堵塞的原因，并提出解決方案進(jìn)行改造，取得了良好的效果。

煙氣污染物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；脫硝；矩陣采樣；改造

0 引言

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，CEMS（煙氣污染物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）是實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)污染物參數(shù)的系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)煙氣中顆粒物濃度、氣態(tài)污染物濃度（SO2，NOX）。發(fā)電廠煙氣排放量測(cè)定以監(jiān)測(cè)斷面的平均濃度為依據(jù)，測(cè)量的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到污染物排放總量、濃度折算及煙氣脫硝系統(tǒng)效率的評(píng)估。

目前脫硝出口實(shí)際監(jiān)測(cè)多采用單點(diǎn)取樣測(cè)量方式，但由于脫硝后凈煙氣通往空預(yù)器的煙道較短，且存在90°拐角煙道，導(dǎo)致煙道氣流存在渦流、紊流現(xiàn)象，使得同一監(jiān)測(cè)斷面流速場(chǎng)分布不均勻，單點(diǎn)流速測(cè)量方式難以保證所測(cè)煙氣組分值代表斷面真實(shí)濃度。通過參考手工網(wǎng)格多點(diǎn)采樣，在同一煙道斷面上布置多點(diǎn)網(wǎng)格流速在線取樣測(cè)量，并通過手工比對(duì)進(jìn)行驗(yàn)證。比對(duì)結(jié)果表明：采用多點(diǎn)網(wǎng)格取樣系統(tǒng)所得斷面平均濃度能夠符合運(yùn)行監(jiān)控和環(huán)保監(jiān)測(cè)精度要求，能夠提高流速測(cè)量的準(zhǔn)確性。

蘭溪發(fā)電廠脫硝煙氣分析取樣為多點(diǎn)取樣方式，并對(duì)采樣管路實(shí)施多項(xiàng)優(yōu)化措施，確保流場(chǎng)分布均勻，煙氣混合充分，測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性得到很好的保證。

1 脫硝CEMS采樣裝置現(xiàn)狀

1.1 改造前概況

圖1 煙氣采樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)煙道測(cè)量及取樣部分主要完成氣態(tài)污染物的抽取，將煙氣送入預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行再次處理并分析。如圖2所示，采樣裝置安裝于在脫硝出口位置煙氣氣流相對(duì)均勻而穩(wěn)定的管段上，避開彎頭、閥門和變徑管等容易產(chǎn)生渦流的阻力構(gòu)件位置。各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行取樣后在母管匯集，混合后再進(jìn)行取樣測(cè)量。在脫硝反應(yīng)器出口煙道A/B側(cè)各布置1套多點(diǎn)取樣裝置。取樣裝置由4根取樣管組合而成，每根管道設(shè)有多個(gè)取樣口，取樣口大小視煙道而定，煙道內(nèi)取樣管道下端安裝有法蘭，可作為其中一個(gè)取樣口，也作排灰用。為使母管內(nèi)樣氣進(jìn)行流動(dòng)，利用空預(yù)器差壓將多點(diǎn)矩陣取樣裝置采集的樣氣送到電除塵入口，多點(diǎn)矩陣取樣裝置從各取樣孔抽取煙道內(nèi)煙氣樣本進(jìn)入母管，樣氣在母管內(nèi)流動(dòng)的過程中充分混合后，經(jīng)過測(cè)量筒由CEMS探頭進(jìn)行二次取樣測(cè)量。

圖2 改造前煙氣采樣管路

目前，因脫硝A/B側(cè)噴氨用量明顯偏差較大，為實(shí)現(xiàn)取樣點(diǎn)的代表性、樣氣的穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)的可靠性，多點(diǎn)矩陣取樣裝置將SCR（選擇性催化還原）系統(tǒng)出口垂直段煙道分為若干區(qū)域，進(jìn)行多點(diǎn)取樣，以達(dá)到樣氣的均勻性、穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)CEMS數(shù)據(jù)的可靠性，方便環(huán)保檢查與運(yùn)行人員對(duì)噴氨量的控制。

1.2 測(cè)量存在的問題

（1）改造前的煙氣采樣探頭容易堵塞。原因是采樣探頭取壓口為迎風(fēng)面，且取壓口長(zhǎng)度較長(zhǎng)（15 cm左右），由于煙氣顆粒物堆積在取樣管容易造成堵塞，且取樣管為水平布置，底部放灰時(shí)水平管段積灰無法清除。另外，采樣探頭下部離煙道底部太近，煙塵容易從下往上堆積，導(dǎo)致整根取樣管堵塞。

（2）堵塞后不能完全吹掃疏通。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)采樣管路堵塞，可通過反吹掃儀用氣進(jìn)行疏通，但是每根取樣管路從上到下有4個(gè)取壓口。采用儀用氣吹掃時(shí)，當(dāng)最上面的取壓口吹通后，儀用氣便從該取壓口流向爐膛，下面的3個(gè)取壓口無法吹掃疏通。

（3）維護(hù)困難。每當(dāng)機(jī)組停運(yùn)后，都要進(jìn)行清灰處理，需拆溫包、開人孔門，每次清灰工作都要持續(xù)1～2 h，而且煙道里面灰塵較大，即使戴上口罩，也會(huì)吸入過量灰塵，影響身體健康。

2 采樣管路優(yōu)化的必要性

在整個(gè)脫硝過程中，氨氣的投入數(shù)、逃逸率、催化劑的反應(yīng)情況是運(yùn)行人員主要關(guān)注點(diǎn)。然而關(guān)注的目標(biāo)主要來源于脫硝出口的煙氣分析數(shù)據(jù)，采樣管路堵塞將導(dǎo)致脫硝CEMS煙氣SO2和NOX含量測(cè)量不準(zhǔn)確，脫硝數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確會(huì)影響運(yùn)行人員的判斷，造成噴氨量過少或過多的情況。噴氨量太少直接影響脫硝率，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致NOX的排放超標(biāo)。而噴氨量太多，則會(huì)造成以下影響：

（1）脫硝試劑容易吸附到SCR的其他設(shè)備上，如空預(yù)器?？疹A(yù)器吸附的越多對(duì)煙道的阻力越大，運(yùn)行人員需要增大風(fēng)機(jī)的電流來排除阻力，而風(fēng)機(jī)的電流加大也是一種浪費(fèi)。

②根據(jù)山洪的特點(diǎn)，提出山洪溝治理工程措施布置5字原則：攔、蓄、避、通、護(hù)。在溝道不同部位采取不同的工程措施，以達(dá)到水流控導(dǎo)與水動(dòng)力消減的目標(biāo)。

（2）造成空預(yù)器的堵塞。一旦堵塞必須停機(jī)進(jìn)行清洗，從而造成各種影響，如：影響發(fā)電量，開機(jī)因溫度原因不能投脫硝對(duì)環(huán)境造成更大的污染等。并且，氨反應(yīng)物吸附到空預(yù)器上，對(duì)空預(yù)器本身也有較大的腐蝕作用。

（3）噴氨量過多，造成逃逸氨的數(shù)量過高，會(huì)直接導(dǎo)致催化劑中毒，影響催化劑的活性。脫硝數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性嚴(yán)重影響運(yùn)行人員的判斷，帶來一系列連鎖反應(yīng)。

因此，脫硝出口樣取樣測(cè)量改造刻不容緩。

3 采樣管路優(yōu)化方案

3.1 底部放灰改造

如圖3所示，原采樣管路底部設(shè)計(jì)為煙道底部放灰方式，當(dāng)煙道內(nèi)取樣裝置積灰時(shí)，可將放灰法蘭打開，進(jìn)行管路疏通處理。但是，因煙道設(shè)計(jì)位置處于懸空處，放灰時(shí)需搭設(shè)腳手架，浪費(fèi)大量人力物力，可操作性不強(qiáng)，且放灰時(shí)只能將豎直管道的積灰放出，取樣管水平管道堆積的灰塵無法清除。

為解決采樣管路底部積灰的問題，重新設(shè)計(jì)了采樣管路的放灰方式，如圖4所示：

圖3 底部放灰裝置

（1）取消采樣管底部放灰法蘭，將采樣探頭下部豎管割短30 cm使采樣頭懸空。采樣探頭下部懸空后，煙塵進(jìn)入采樣管時(shí)能因自由落體掉落回?zé)煹?，防止煙塵進(jìn)入采樣管路后，慢慢積累造成的采樣管路堵塞。

（2）在采樣探頭下部的懸空底部增加大小頭。采樣探頭底部懸空后，管路反吹掃時(shí)，儀用氣將從底部泄露，無法吹掃采樣探頭側(cè)面的取樣口管路，底部增加大小頭后，減少了儀用氣從底部泄露的風(fēng)量，使得儀用氣能從采樣探頭側(cè)面的取樣口吹出，達(dá)到反吹掃的效果。

（3）增裝固定支架?？紤]到煙氣流動(dòng)導(dǎo)致采樣管有一定的晃動(dòng)，為達(dá)到樣氣的均勻性、穩(wěn)定性，用角鐵焊接支架固定，使其不產(chǎn)生晃動(dòng)。

圖4 改造后采樣探頭底部

3.2 采樣裝置取樣口改造

如圖2所示，原采樣裝置取樣口為迎風(fēng)向分布。煙道內(nèi)的煙氣介質(zhì)含塵量大，迎風(fēng)面取樣會(huì)非常容易進(jìn)灰，因此重新設(shè)計(jì)了采樣管路的取樣方式，如圖5所示。

（1）將原來迎風(fēng)面取壓口割掉，并封堵牢，將迎風(fēng)面取壓口改為背風(fēng)面。取樣口背風(fēng)設(shè)計(jì)，煙氣中的煙塵進(jìn)入采樣探頭的量將大大減少。

（2）將采樣探頭橫向取壓口長(zhǎng)度由15 cm改短為3 cm，并且橫向水平取樣將改為傾斜往下45°。取樣口長(zhǎng)度改短后大大減少了橫向管路的積灰量，提高了反吹掃時(shí)的清灰效果。采樣探頭橫向取壓口傾斜往下45°，累積在取樣口的灰將自動(dòng)掉落，防止積灰造成堵塞。

圖5 改造后取樣口設(shè)計(jì)

3.3 取樣管道增加隔離閥

脫硝CEMS采樣設(shè)有儀用氣反吹掃管路，定期吹掃，每月1次。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)采樣管路堵塞，可通過反吹掃儀用氣進(jìn)行疏通，但是每根取樣管路從上到下有8個(gè)取壓口。采用儀用氣吹掃時(shí)，當(dāng)最上面的取壓口吹通后，儀用氣便從該取壓口流向爐膛，下面的7個(gè)取壓口無法吹掃疏通。在4路取樣管路上增加隔離閥，反吹時(shí)，關(guān)閉其他3個(gè)隔離閥，集中風(fēng)量吹掃1路取樣管，大大改善了吹掃效果。脫硝CEMS采樣管路優(yōu)化后如圖6所示。

圖6 改造后煙氣采樣管路

4 結(jié)語(yǔ)

蘭溪發(fā)電廠1—4號(hào)機(jī)組脫硝CEMS采樣裝置改造后，至今未發(fā)生脫硝CEMS采樣管路堵塞情況，脫硝CEMS煙氣SO2，NOX，O2等數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確，減少了設(shè)備維護(hù)量，取得了較好的改造效果。

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（本文編輯：徐晗）

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編輯部摘編

Technical Transformation of CEMS Gas Sampling Device of Flue Gas Denitration System

HUANG Jianwei，ZHU Xiaofeng
（Zhejiang Zheneng Lanxi Power Generation Co.，Ltd.，Lanxi Zhejiang 321100，China）

Coal-fired power plants have always been viewed as a main source of air pollutants，and emission of nitric oxides has been one of the key indices of air pollutants.Technical transformation was conducted in Zheneng Lanxi Power Generation Co.，Ltd.to handle the jam of GEMS gas sampling device.This paper analyzes the structure and principle of the measuring device；in addition，it finds out reasons of the jam and proposes a transformation solution，by which good result is achieved.

CEMS；denitration；matrix sampling；transformation

10.19585/j.zjdl.201707012

1007-1881（2017）07-0050-03

TK38

B

2017-03-31

黃建偉（1982），男，助理工程師，主要從事火電廠熱控技術(shù)管理工作。