煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化改造

閆歡歡

(大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司許昌項目部，河南 許昌 461670)

0 引言

目前，燃煤電廠超低排放改造基本已經(jīng)完成，改造后均能達到超低排放標準要求。由于超低排放改造后各污染物質(zhì)量濃度均已降低，故對煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)儀表的精確度測量要求更加嚴格。按照HJ/T 75—2017《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的要求, CEMS的監(jiān)測位置應(yīng)避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位,當安裝位置不能滿足要求時,應(yīng)盡可能選擇氣流穩(wěn)定的斷面[1]，但大部分電廠的CEMS在實際安裝過程中受條件限制,很難滿足要求。監(jiān)測斷面流場不穩(wěn)定的情況下,慣性運動導(dǎo)致煙氣流速分布不均勻,很難選取有代表性的取樣區(qū)域, 導(dǎo)致CEMS測量的數(shù)據(jù)不具備代表性[2]。某廠#4機組脫硫系統(tǒng)凈煙道流場不均勻，CEMS測點位置不具有代表性，導(dǎo)致出口SO2質(zhì)量濃度測量值偏高，造成#4機組脫硫電耗比同等#3機組高0.2～0.3百分點。對#4機組脫硫凈煙氣中SO2的質(zhì)量濃度進行測量，與CEMS數(shù)據(jù)進行比對，找出問題的原因并進行優(yōu)化改造，降低脫硫電耗，達到節(jié)能降耗的目的。

1 電廠案例

1.1 基本情況

某電廠#3，#4機組裝機容量為2×660 MW，2016年全部完成超低排放改造，改造內(nèi)容為提升吸收塔高度，增加至5臺漿液循環(huán)泵運行，羅茨氧化風機更換為高速離心式氧化風機。改造后，在燃用設(shè)計煤種、鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況、處理100%煙氣量2 153 900 m3/h(標態(tài)，干基，6%O2)、脫硫裝置入口SO2質(zhì)量濃度為設(shè)計值2 958 mg/m3(標態(tài)，干基，6%O2)的條件下，均能達到超低排放要求。

1.2 #4脫硫電耗高原因分析

超低排放改造后，對比#3，#4機組脫硫耗電率(見表1)，同工況下，#4機組脫硫耗電率比#3機組高0.2～0.3百分點(脫硫電耗包含引風機分攤電耗)，#4機組每月電耗比#3機組高700 MW·h左右，是#4機組脫硫運行成本增加的主要原因。

表1 #3，#4機組脫硫耗電率對比 %

1.2.1 設(shè)備方面

#3，#4機組脫硫漿液循環(huán)泵運行電流見表2，由表2可知，2臺機組5臺漿液循環(huán)泵運行電流無明顯差距，初步證明2臺機組漿液循環(huán)泵出力和效率基本相同，否定因漿液循環(huán)泵出力小，降低脫硫效率，進而導(dǎo)致電耗增加的原因。

表2 漿液循環(huán)泵運行電流 A

1.2.2 運行調(diào)整方面

#3，#4機組脫硫報表分別見表3、表4。由表3、表4可知，在低負荷、燃燒煤質(zhì)硫分基本相同的情況下，#4機組比#3機組多運行2臺漿液循環(huán)泵，且#4機組脫硫吸收塔漿液pH值比#3機組高0.6左右，故#4機組脫硫電耗和鈣硫比明顯高于#3機組。

1.2.3 初步原因分析

表3 #3機組脫硫報表(2017-09-03)

表4 #4機組脫硫報表(2017-09-16)

表5 #4機組凈煙氣中SO2質(zhì)量濃度對比

注：(1)比對孔位置0處為CEMS煙氣取樣孔同一水平位置；(2)比對孔垂直間距為1.0 m；(3)取樣探桿長度為1.2 m。

(1)#4機組脫硫系統(tǒng)CEMS測點安裝在煙囪入口水平煙道偏下位置，該段煙道較短且處于煙道拐角后面,煙氣紊流較大，SO2質(zhì)量濃度分布不均勻，而脫硫凈煙氣CEMS取樣為單點取樣，測點不具有代表性，很容易造成測量數(shù)據(jù)的失真[3]。

(2)煙氣測量儀長度為1.2 m，而脫硫凈煙道寬5.8 m，測量位置集中在煙道邊緣，邊緣位置流場不均勻，SO2質(zhì)量濃度偏高，不具有代表性。低負荷下煙道流場不均勻程度更加明顯，導(dǎo)致#4脫硫系統(tǒng)CEMS出口SO2質(zhì)量濃度更高。

因此，在目前的運行方式下，為了確保SO2達標排放，#4機組脫硫系統(tǒng)需要調(diào)整漿液循環(huán)泵運行方式，增加石灰石漿液供漿量，故#4機組脫硫電耗相應(yīng)增加。

2 #4機組脫硫系統(tǒng)凈煙道流場不均勻論證

2017年9月20日，#4機組脫硫系統(tǒng)凈煙氣CEMS取樣側(cè)和煙道對側(cè)SO2質(zhì)量濃度進行對比見表5。

從表5可以看出：#4機組脫硫凈煙氣人工實測SO2質(zhì)量濃度與CEMS儀表顯示值無偏差，說明CEMS儀表和裝置運行正常；煙道對側(cè)的煙道斷面人工實測SO2質(zhì)量濃度比CEMS儀表顯示值平均高20 mg/m3，充分證明#4機組吸收塔凈煙道煙氣流場不均勻，CEMS取樣側(cè)SO2質(zhì)量濃度高于煙道對側(cè)。因此，#4機組脫硫電耗高的原因是吸收塔凈煙道煙氣流場不均勻。

3 優(yōu)化改造

3.1 優(yōu)化方案

(1)煙道兩側(cè)同時采樣，然后測量混合煙氣。在#4機組脫硫凈煙氣煙道東、西兩側(cè)新增一套煙氣取樣裝置及管線，新增的取樣管線并入現(xiàn)有取樣管線，煙道兩側(cè)同時對煙氣進行采樣，兩側(cè)煙氣混合后送至CEMS煙氣分析儀。

(2)通過計算流體力學(xué)(CFD)進行數(shù)值模擬，合理建模，設(shè)置邊界條件和計算參數(shù)，準確地描述煙道內(nèi)部的煙氣流場；增加導(dǎo)流板，改變凈煙道煙氣流場，使煙道內(nèi)的旋渦和偏流區(qū)域減小，確保煙氣流場均勻。

(3)向環(huán)保局遞交凈煙氣CEMS取樣位置不具有代表性的說明材料，重新選取合理的CEMS取樣位置。

(4)CEMS取樣探桿長度為1.2 m，測量點接近煙道壁，煙氣混合不均勻。增長取樣探桿，使采樣探頭接近煙道中間位置，取樣位置更具備代表性。

3.2 改造方案

該廠利用機組停運機會，將#4機組脫硫系統(tǒng)凈煙氣CEMS取樣探桿加長至3.0 m，使取樣探頭位于煙道中間位置。

目前市場上CEMS取樣探桿基本為1.2，1.5 m，需要將原有取樣探桿增長1.8 m，增長材料選擇PPR管。凈煙道屬于酸性環(huán)境，PPR管具有優(yōu)異的耐酸、堿腐蝕性能，且長期使用溫度達95 ℃，短期使用溫度可達120 ℃，能夠滿足脫硫系統(tǒng)出口環(huán)境條件。

凈煙道煙氣流速達11 m/s，會導(dǎo)致韌性較好的PPR管擺動幅度增大，因此，制作2.5 m的碳鋼槽盒，將取樣探桿放置在槽盒內(nèi)，保證測量穩(wěn)定且便于探桿的維護和安裝。

將2.5 m的槽盒安裝在凈煙道內(nèi)CEMS取樣孔水平位置。由于凈煙氣濕度一般為10%左右且含有部分固體顆粒物，而后續(xù)的PPR管道無加熱，會造成部分液滴和顆粒物沉積在管道內(nèi)，因此槽盒安裝時需向下傾斜5°～10°。槽盒表面涂一層玻璃鱗片，防止腐蝕。安裝時一定要避開煙道內(nèi)的柱子，防止煙氣在柱子處產(chǎn)生局部渦流，造成取樣不穩(wěn)定。

4 改造成果

以上改造方案既能保證煙氣質(zhì)量濃度取樣值具有代表性，又能達到節(jié)能降耗的目的，且改造簡單、投資較小。該廠根據(jù)上述方案改造后，脫硫系統(tǒng)在同工況下比改造前可以多停運1臺漿液循環(huán)泵。由表6可知，減排電耗同比減少19%，環(huán)比減少20%，每月可以省電700 MW·h，年度節(jié)省費用200萬元左右，為公司節(jié)能降耗做出很大貢獻。

表6 改造后 #4機組脫硫電耗

5 結(jié)束語

以上研究表明，對于流速場分布不均勻的煙道，監(jiān)測斷面存在高、中、低流速區(qū)域，靠近煙道的測量數(shù)據(jù)不具有代表性。增加CEMS取樣探桿長度，使取樣探頭位于煙道中間位置，可以明顯提高CEMS測量的準確性，保證取樣具有更好的代表性，能夠滿足運行監(jiān)控和環(huán)保監(jiān)測精度的要求。