脱硝CEMS多探头采样方式优化

烟气连续在线监测系统简称( CEMS系统) 主要由气态污染物监测子系统、烟气排放参数测量子系统、颗粒物监测子系统、数据采集、传输与处理子系统等组成。通过采样泵所产生的负压将烟道中的烟气送入烟气分析仪来分析SO₂、NOx、O₂等的含量，在就地安装温度计、压力表、流量计、湿度仪以及烟尘仪直接测量烟气中的温度、压力、流量、烟气含湿量以及颗粒物等参数，测量的参数分别送入CEMS机柜以及电厂 DCS，在由数采仪将数据上传至环保部门的数据平台。

燃煤电厂脱硝和脱硫技术是是整治大气污染，改善空气质量的重要措施。2014年11 月23日，《煤电节能减排升级与改造行动计划》对燃煤机组提出NOx的超低排放要求。目前火电厂大多采用低氮燃烧和选择性催化还原 ( SCR) 烟气脱硝技术。选择性催化还原反应器布置在省煤器与空预器之间，属于高尘布置方式，单台机组脱硝设置2 个反应器，每个反应器入口和出口各安装一套CEMS系统，合计4套; 烟气采样方法为完全抽取法，通过采样泵将样气送至分析仪气室，进行NOx和O₂测量。该装置由插入型采样探头、伴热采样管、反吹装置、冷凝器、精过滤装置、采样泵和蠕动泵等组成。

在 100% 负荷工况下，对 A 电厂670MW 超临界机组的SCR脱硝系统反应器入口 NOx浓度采用网格法进行了检测，得到反应器整个入口、出口截面的NOx浓度分布数据，结果如表1和表2所示。

表 1 A 电厂SCＲ反应器入口NOx浓度分布检测结果

表2  A电厂SCR反应器出口NOx浓度分布检测结果

从表中可知，A 电厂 1 号反应器入口NOx质量浓度均值为315.2mg/m³( 标干态、6% O₂，下同) ，相对标准偏差为11.8% ; A 电厂2号反应器入口NOx质量浓度均值为 308.2mg/m³，相对标准偏差为10. 6% 。A电厂1号反应器出口NOx浓度均值为 50.8mg/m³，相对标准偏为57.9% ; 2号反应器出口NOx浓度均值38.5mg/m³，相对标准偏差为 44.9%。通过试验数据对比可见，入口NOx相对标准偏差大概在10% ，出口 NOx相对标准偏差大概50% ，相对脱硝入口，脱硝出口NOx分布更加不均匀。

由于脱硝反应器内喷氨的均匀度和反应的不确定性导致反应器出口NOx的呈现不均匀的分布，如果采用单点采样来代表整个烟道断面的NOx浓度分布，则会出现测量值与真实值之间有较大的偏差，测量值不具有代表性，容易产生过喷氨和欠喷氨的情况，欠喷氨容易导致总排口NOx超标排放; 过喷氨容易导致氨逃逸量增加，过多的氨逃逸会对下游设备造成影响，不利于机组安全稳定运行。

因此减小NOx测量误差是非常必要的，目前主流的做法是通过增加采样探头的数量来实现多点采样，在权衡维护方便、故障率以及经济因素，大多数电厂采用3个采样探头1套预处理的采样方式，通过多方走访和实地调研，发现该方式运行问题比较多，能够正常运行的也是少之又少，大多数电厂又改回单探头采样方式，这其中的主要问题有两点: 一是由于3个探头的阻力及烟道内部压差不一致，3个探头烟气混合比很难调节，测量的代表性不高，达不到预想的要求; 二是由于采样的是单台取样泵采样，气路密封性检查时，3个探头得一个一个排查，不容易查到泄露点，对后期维护非常不利，进而导致系统故障率很高。 

针对上述问题，本文提出采用3套独立的预处理单元( 也就是3台取样泵同时采样) ，将处理完后的烟气通过低温烟气混合器进行充分的混合，再将混合后的烟气送至分析仪进行分析，这种方式主要优点烟气混合比可通过调节浮子流量计的流量进行任意比例调节; 三个采样管路通道相互独立，便于日常维护; 直接可以做在线分布试验，通过对三个探头进行单独采样，即可实现。

同时该方式采用3套独立的预处理单元，需要3台单通道冷凝器，集成在一台标准主机柜内，可能存在布置不开现象，不适合集成到一个标准的主机柜内。针对这个问题，提出了一个解决方案，可以将3台单通道冷凝器更换成1台三通道冷凝器有3个冷凝通道，可以同时为3套独立的预处理单元提供冷凝服务，有效的控制成本和优化体积，便于集成到1个标准主机柜内，有利于标准化生产。

针对大多数电厂采用“3个采样探头，1套预处理”的采样方式存在的问题，提出了一种解决方案，即采用“3套独立的预处理单元，公用1台三通道冷凝器”的方案。方案可以有效解决烟气混合比很难调节，测量的代表性不高以及气路气密性检查困难的问题，提高脱硝进出口NOx、氧量的测量准确度，通过在线分布试验为运行人员提供NOx分布情况，优化喷氨运行，提高氨气的使用率，降低氨逃逸对下游设备的影响，为电厂环保设施经济安全稳定运行提供重要数据支撑。