脫硝CEMS多探頭采樣方式優化

煙氣連續在線監測系統簡稱( CEMS系統) 主要由氣態污染物監測子系統、煙氣排放參數測量子系統、顆粒物監測子系統、數據采集、傳輸與處理子系統等組成。通過采樣泵所產生的負壓將煙道中的煙氣送入煙氣分析儀來分析SO₂、NOx、O₂等的含量，在就地安裝溫度計、壓力表、流量計、濕度儀以及煙塵儀直接測量煙氣中的溫度、壓力、流量、煙氣含濕量以及顆粒物等參數，測量的參數分別送入CEMS機柜以及電廠 DCS，在由數采儀將數據上傳至環保部門的數據平臺。

燃煤電廠脫硝和脫硫技術是是整治大氣污染，改善空氣質量的重要措施。2014年11 月23日，《煤電節能減排升級與改造行動計劃》對燃煤機組提出NOx的超低排放要求。目前火電廠大多采用低氮燃燒和選擇性催化還原 ( SCR) 煙氣脫硝技術。選擇性催化還原反應器布置在省煤器與空預器之間，屬于高塵布置方式，單臺機組脫硝設置2 個反應器，每個反應器入口和出口各安裝一套CEMS系統，合計4套; 煙氣采樣方法為完全抽取法，通過采樣泵將樣氣送至分析儀氣室，進行NOx和O₂測量。該裝置由插入型采樣探頭、伴熱采樣管、反吹裝置、冷凝器、精過濾裝置、采樣泵和蠕動泵等組成。

在 100% 負荷工況下，對 A 電廠670MW 超臨界機組的SCR脫硝系統反應器入口 NOx濃度采用網格法進行了檢測，得到反應器整個入口、出口截面的NOx濃度分布數據，結果如表1和表2所示。

表 1 A 電廠SCＲ反應器入口NOx濃度分布檢測結果

表2  A電廠SCR反應器出口NOx濃度分布檢測結果

從表中可知，A 電廠 1 號反應器入口NOx質量濃度均值為315.2mg/m³( 標干態、6% O₂，下同) ，相對標準偏差為11.8% ; A 電廠2號反應器入口NOx質量濃度均值為 308.2mg/m³，相對標準偏差為10. 6% 。A電廠1號反應器出口NOx濃度均值為 50.8mg/m³，相對標準偏為57.9% ; 2號反應器出口NOx濃度均值38.5mg/m³，相對標準偏差為 44.9%。通過試驗數據對比可見，入口NOx相對標準偏差大概在10% ，出口 NOx相對標準偏差大概50% ，相對脫硝入口，脫硝出口NOx分布更加不均勻。

由于脫硝反應器內噴氨的均勻度和反應的不確定性導致反應器出口NOx的呈現不均勻的分布，如果采用單點采樣來代表整個煙道斷面的NOx濃度分布，則會出現測量值與真實值之間有較大的偏差，測量值不具有代表性，容易產生過噴氨和欠噴氨的情況，欠噴氨容易導致總排口NOx超標排放; 過噴氨容易導致氨逃逸量增加，過多的氨逃逸會對下游設備造成影響，不利于機組安全穩定運行。

因此減小NOx測量誤差是非常必要的，目前主流的做法是通過增加采樣探頭的數量來實現多點采樣，在權衡維護方便、故障率以及經濟因素，大多數電廠采用3個采樣探頭1套預處理的采樣方式，通過多方走訪和實地調研，發現該方式運行問題比較多，能夠正常運行的也是少之又少，大多數電廠又改回單探頭采樣方式，這其中的主要問題有兩點: 一是由于3個探頭的阻力及煙道內部壓差不一致，3個探頭煙氣混合比很難調節，測量的代表性不高，達不到預想的要求; 二是由于采樣的是單臺取樣泵采樣，氣路密封性檢查時，3個探頭得一個一個排查，不容易查到泄露點，對后期維護非常不利，進而導致系統故障率很高。 

針對上述問題，本文提出采用3套獨立的預處理單元( 也就是3臺取樣泵同時采樣) ，將處理完后的煙氣通過低溫煙氣混合器進行充分的混合，再將混合后的煙氣送至分析儀進行分析，這種方式主要優點煙氣混合比可通過調節浮子流量計的流量進行任意比例調節; 三個采樣管路通道相互獨立，便于日常維護; 直接可以做在線分布試驗，通過對三個探頭進行單獨采樣，即可實現。

同時該方式采用3套獨立的預處理單元，需要3臺單通道冷凝器，集成在一臺標準主機柜內，可能存在布置不開現象，不適合集成到一個標準的主機柜內。針對這個問題，提出了一個解決方案，可以將3臺單通道冷凝器更換成1臺三通道冷凝器有3個冷凝通道，可以同時為3套獨立的預處理單元提供冷凝服務，有效的控制成本和優化體積，便于集成到1個標準主機柜內，有利于標準化生產。

針對大多數電廠采用“3個采樣探頭，1套預處理”的采樣方式存在的問題，提出了一種解決方案，即采用“3套獨立的預處理單元，公用1臺三通道冷凝器”的方案。方案可以有效解決煙氣混合比很難調節，測量的代表性不高以及氣路氣密性檢查困難的問題，提高脫硝進出口NOx、氧量的測量準確度，通過在線分布試驗為運行人員提供NOx分布情況，優化噴氨運行，提高氨氣的使用率，降低氨逃逸對下游設備的影響，為電廠環保設施經濟安全穩定運行提供重要數據支撐。