火力发电厂脱硝烟气监测取样网络化改造.pdf

火力发电厂脱硝烟气监测取样网格化改造 【摘要】近年来，随着国家环保标准的不断收紧，公众普遍关注的大气环境污染物排放标准逐步提高目前国内多数火电厂已进行了或正在进行烟气脱硝改造， 脱硝反应器出入口浓度的测量结果直接影响脱硝效率，测量的准确与否关系到喷氨的自动调节与排放值是否超标本文试从脱硝 CEMS 取样的网格改造入手，解决因脱硝烟道直管段不够长，导致取样点不具代表性的一种有效办法 1 1 引言引言 随着社会的发展，环境问题日益突出氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物之一，排放污染的日趋严重，国家于“十二五”期间加大了对火电厂氮氧化物排放的控制力度而脱硝作为减少氮氧化物排放的主要手段，成为“十二五”期间火电企业面临的首要任务 2011 年，环境保护部出台了新修订的《火电厂大气污染物排放标准》 （GB13223-2011） ，并自 2012 年 1 月 1 日起正式实施新《标准》收紧了污染物排放限值，提高了新建机组和现有机组氮氧化物、烟尘、二氧化硫等污染物的排放控制要求根据《国家环境保护“十二五”规划》 ，氨氮、二氧化硫、氮氧化物“十二五”期间的排放量要分别比 2010 年下降 10%、8%、10%。

而测量准确是降低排放的首要条件，脱硫投运时间较长运行成熟，取样点的选择与取样方式都较成熟，因脱硝运行时间短且与脱硫不完全相同，相关技术还处于摸索期，所以还存在不少细节问题，其中以脱硝出入口浓度测量值尤为突出 2 2、脱硝烟气监测的现状、脱硝烟气监测的现状 脱硝是去除（或降低）烟气中氮氧化物主要措施火力发电厂脱硝目前比较典型的脱硝工艺有 SCR 和 NSCR，其中 SCR 方式为占有比较在的比例 脱硝效率计算方法如下： ) 1 (121                                                                            CCC其中：1C：脱硝系统运行时脱硝反应器入口处烟气中xNO含量（mg/Nm3） ； 2C：脱硝系统运行时脱硝反应器出口处烟气中xNO含量（mg/Nm3） 根据上述脱硝效率的计算公式可知， 要得到真实的脱硝效率， 必须要准确测量 SCR 进出口的 NOX 浓度。

而 NOX 浓度的测量，除了仪表环境良好，运行维护正常之外，重要的一个条件是测点安装位置要合理，取样具有代表性 CEMS 所抽取的样气的代表性所造成的误差，占测量误差的 70%以上可见，CEMS 系统要准确测量 NOX 浓度， 取出来的气样必须能真实代表烟道中烟气的混和气成分， 反应烟道烟气组分浓度，否则测量值不准确，会严重影响脱硝效率的计算 我国国内大多数据火力发电厂采用的是抽取法 CEMS 测量系统CEMS 最初的设计是用于烟囱排放口，后来再用于脱硝出口近年来，随着脱硝装置的上马，原有 CEMS 已经不能完全适应于脱硝装置前的工况 主要原因是 SCR 出入口烟道较短， 从脱硝反应区域出来的烟气组份不均，烟气湿度过高，颗粒物浓度大，取样管探头有冲刷腐蚀，易堵塞等 3 3、存在的问题、存在的问题 目前国内外各大设备厂商生产组装的CEMS系统都已相当成熟，基本可以满足火力发电厂排放口烟气污染源的监测，系统的精度，误差等满足CEMS监测仪表的技术规范，实践也表明，各省环境监测站在给电厂进行的常规性烟气比对，绝大多数CEMS系统均合格但多数机组普遍存在SCR脱硝效率与机组脱硝效率数据不符合想象，甚至出现数据有冲突的情况，其中以脱硝出口NOX与排放口NOX不一致的情况尤为突出。

笔者收集了国内部分机组的脱硝反应器出入口的误差，数据如下： 机组等级 反应器入口NOX（mg/m3) 反应器出口口NOX（mg/m3) 烟囱排放口NOX（mg/m3) SCR脱硝效率(%) 机组脱硝效率(%) 300WMW 720 86 122 89% 83% 600MW 340 26 40 92% 88% 1000MW 248 18 35 93% 86% 注：1）75%以上负荷的数据2）经6%氧量修正值3）不同煤质NOX含量不同 由上表可的统计数据表， 不同的发电机组脱硝系统， 普遍存在 SCR 脱硝率与机组脱硝率有误差的情况，表中所列的数据仅有笔者的调查的个别样本，实际上，最大的的 SCR 出口NOX 与烟囱排放口的 NOX 值相差 20mg/m3 以上的都普通存在 4 4、问题的分析、问题的分析 针对脱硝出口NOX与排放口NOX不一致的情况笔者作了些分析，我们认为，造成二个地方的NOX测量值并非单纯仪表测量的原因，主要原因还以下几个方面： 1、取样点管道的原因 烟囱排放口测点多数设置在圆形烟囱的70米处或更高，电厂在项目设计阶段均已经按照2007版的《固定污染源烟气排放连续监测技术规范75》和《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法76》及《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法GB16157》标准中的要求进行设计开孔，能满足标准对取样点前四后二的要求，所测数据较为准确。

但在规定中，SCR及省煤器均为方形烟道，而且走向变化，烟气流经的烟道没有理想的取样点，只能选择最佳的部分进行取样，多数机组的SCR出口取样无法满足当量直径D=2AB/(A+B)的要求 2、SCR出口烟道紊流的影响 脱硝出口的测点则存在直管道不够长，烟道紊流严重、取样点少等问题导致测量数据与实际数据有一定偏差或因为取样点不具有代表性通过在不同负荷与不同位置安装测点进行比对试验发现各个测点在不同负荷下与排放口数据都无固定对应关系 3、取样探头布置不合理 目前，CEMS取样探头部分电厂设计为单管取样，而且长度不一，最长的有1.5米，最短有0.8米，对于烟气紊流情况下来说，很难取到均匀且有代表性的气样，自然无法准确测量其组分 现比较通行的三探头取样探头，该探头是在省煤器立面上钻取三个孔，以三个平均等份长度进行开孔，将三路探头进行混样测量此种探头可以提高取样的代表性，但仍无法彻底消除SCR出口NOX与烟囱出口NOX的误差 5 5、、问题的解决方法探讨问题的解决方法探讨 鉴于目前火电机组的脱硝CEMS普遍存在二个测量点NOX误差较大的现象，笔者联合有关电力设计院及部分锅炉厂家，对《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法GB16157》 （以下简称（颗粒物采样方法） ）有关方形矩形烟道的人工采样要求和规定进行了分析，研究总结出一种CEMS网络取样方法。

BG16157对方形矩形烟道的采样是将测量的烟道断面分隔成若干小块，每个小块的物理中心点即为取样点，最大不超过20个测量点但在实际烟道中，不能按照最大20个取样点来布置取样点，否则会影响气流，造成烟道风阻增加，在流速15m/s的高速烟气流冲击下，取样管架可能还会被吹断目前，我们按烟道面积大小不等，设计了12支取样管和24个取样点 下图为实际取样点的布置图 图（一） ：实际矩形截面取样布置点图 SCR 烟气脱硝装置布置在锅炉和空预器之间的钢烟道支架上方，分 SCR A、B 两侧其中 SCR 中 A、B 侧烟气取样均为单点（三点）取样入口 A 侧和入口 B 侧各有一个（三个）取样点分别位于省煤器进脱硝前 A、B 两侧垂直烟道出口 A 侧和 B 侧也各有一个（三个）取样点， 设立在下层 SCR 后通向空预器的垂直烟道处， 所处位置为刚从脱硝 SCR 反应区的垂直烟道到水平烟道出口处不远， 靠近转角， 烟气取样直接垂直插入烟道， 插入深度约为 1.5m左右，由于靠近弯头处，且为单点取样，对于截面较大的烟道取样代表性较差，通过此次改造能够形成网格取样， 在烟道同一截面不同区域均匀取样后进行充分混合， 从而更准确进行烟气取样测量，保证所取样气的代表性，提高测量数据真实性。

采用“网格取样”的烟气连续监测仪表，其特征在于：测定采样截面的位置尽量选在烟气气流均匀而稳定的管段上， 应避开弯头、 阀门和变径管等容易产生涡流的阻力构件此外， 由于水平管道中气流速度分布和粒状物浓度分布不如垂直管道内均匀， 所以选择测定采样断面时， 应优先选取垂直管段 在所选定的段面上的什么位置设置测点， 设置多少测点，取决于烟道形状及被测断面的大小 以矩形烟道为例， 采样布点位置是将测定断面划分为若干个等面积的矩形小块，各块中心即为测点通过多个取样孔的合理布置，解决烟气连续监测仪表在不同负荷阶段由于烟道中烟气分布不均匀导致无法准确反映整个烟道烟气化学成分含量变化，提高了烟气连续监测仪表测量的准确性实现改造目的 5 5、、网络取样的实现网络取样的实现 神华国华惠州电厂作为第二家在广东沿海区实行的脱硝改造厂， 就改造而言， 目前取得了明显效果（改造后脱硝与脱硫数据均控制在 10%以内）以下简单介绍一下施工过程 国华惠州电厂#1 机组为矩形烟道，取 DN89 的四条管每条管上分别开孔（注意开孔技术，保证烟气在管道中流畅）以 15 度角度横插于锅炉脱硝出口垂直部分，内部做好固定工作外部用 DN150 管将 AB 两侧 DN89 管做衔接，使得 DN89 的管取到的样气汇流于 DN150 管道中（提防外部连接沉降问题）烟气测量点置于空预气上方利用空预器差压实现烟气流动，测量过的烟气最终返回电除尘入口（以下图例为网络取样改造前后数据对比示意图）。

6 6、效果的比对、效果的比对 “近零排放”的浙能嘉兴电厂、神华国华舟山电厂及神华国华惠州电厂的实际运用经验证实此方案确实可行为确保改造效果，结合锅炉脱硝烟道及烟气取样设备实际情况，选在烟气流场稳定的水平烟道处，尽量利用垂直（或水平）烟道的直管段，避开转角与变径等可能对测量造成影响的因素，采用“网格取样”获得样气，再用管道直接连接到空预器出口烟道上（电除尘入口），相当于给空预器开了一旁路，利用其前后差压使烟气流动A、B侧出口垂直烟道各布置一套网格取样器及相关管道，网格取样采集到的气体得到充分混合，分析仪表在该管道上进行烟气取样，可以测得较准确的 NOX 值 以下为某电厂经过网络取样改造后的数据比对 图（二） ：改造前的 NOX 数据 图（三） ：改造后的 NOX 测量数据 从图中的数据可以发现，改造前的 A 侧 SCR 出口的 NOX 值在 20mg/m3 左右，B 侧 SCR 出口的 NOX 值在 22mg/m3 左右， 烟气排放口的 NOX 在 30 mg/m3 相差 10 mg/m3 改造后 A 侧 SCR出口的 NOX 值在 20mg/m3 左右，B 侧 SCR 出口的 NOX 值在 22mg/m3 左右，烟气排放口的 NOX在 21 mg/m3 基本一致。

达到了改造的预期目标 7 7、结束语、结束语 脱硝 SCR 出口与烟囱排放口的 NOX 的测量数据普遍存在相差较大的现象， 通过对单点或多点取样改造为网格取样后， 基本解决了普遍存在于电厂脱硝出口和烟囱出口氮氧化物偏差大的问题，误差控制在 2mg/m3 以内可以为多数存在类似问题的提供了借鉴实践证明，该方法投资成本低，工作量小，效果良好 【参考文献】 1. 《火电厂大气污染物排放标准》 （GB13223-2011）国家环保部 2.《国家重点监控企业污染源自动监测数据有效性审核教程》 国家环保部 3.《测控技术》 中国电出版社 4、 《热工仪器仪表》 中国电力出版社 。