大型火力发电机组NO_x质量浓度在线测量偏差问题分析.pdf

第 3 8卷 第 2期 2 0 1 6年 2月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y V0 J _ 38 No ． 2 Fe b． 20l 6 大 型火 力发 电机 组 N O 质 量浓度 在 线测量偏 差 问题 分析 舒茂龙 神华国能宁夏煤电有限公司， 银川7 5 0 4 1 0 摘要 针对 目前大型火力发电机组普遍存在的N O 质量浓度在线测量值偏差大的问题进行 _r 详细分析， 通过进行 N O 质量浓度分布特性试验， 逐项分析仪表精度、 测点设计布置等因素的影响， 并提出针对性优化对策。 关键 词 N O ； 测量偏差 ； 精度 ； 测点 ； 优化 中图分类号 T K 2 2 3 ． 2 1 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 6 0 2 0 0 7 4 0 3 0 引言 目前 ， 环保形势 日益严峻 ， 随着国家污染物排放 新标准的推行 ， 火力发电厂 N O 质量浓度测量 准确 性的要求 变得更高。一方面 ， N O 质量浓度测量 的 准确性影响机组脱硝喷氨调节 ； 另一方 面， N O 质量 浓度的测量直接 涉及最终 N O 的排放和脱硝 电价 的核算 。可以说 ， N O 质量浓 度的测 量直接关 系到 环保考核和脱硝环保设施的正常投运 。但很多 大型火力发 电机组普遍存 在烟 囱出 口与脱硝 出 口 N O 质量浓度在线测量值偏差大的问题 ， 最终影 响 机组环保排污总量的核算 ， 也不利于对 N O 质量浓 度 的调节控制。本文 以某机组为例 ， 通过问题 剖析 和测量试验 ， 讨论 N O 质量浓度测量 的影响 因素和 解决对策。 1 系统及设备概述 某电厂锅炉采用上海锅炉厂有限公司生产的超 超临界直流燃煤锅炉 ， 为单炉膛 、 一次再热 、 切 圆燃 烧方式 、 露天布置 、 平衡通 风、 固态排渣 、 全钢构架 、 全悬吊结构塔式锅炉 。 锅炉脱硝采用选择性催化还原技术 S C R ， 垂直 烟道 3层设计 ， 烟气取样设在下层 S C R后垂直烟道 处 ， 采用 3路烟气取样。3路烟气取样直接插入烟道 内， 取样长度为 8 0 0 m m。烟 囱出 口 N O 质量浓度 的 测量采用单点采样方式， 布置在烟囱6 0 m平 台处。 脱硝 S C R出口 N O 烟气分析仪原理为微分红 外法 ， 量程为 0～4 0 0 rag ／ m ， 精度 为 1 ％ ； 烟囱出 口 N O 质量浓度测量采用红外 光吸收法 ， 量程 为 0～ 8 0 0 m g ／ m ， 精度为 2 ％。测量系统具体结构如图 1 收稿日期 2 0 1 51 1 2 7 ； 修回日期 2 0 1 60 21 6 所示 。 图 1 环 保测量机组 系统 2 N O 参数测量问题现状及分析 机组 自投运以来 ， 一直存在脱硝 出口与烟囱出 口N O 质量浓度测量值匹配性差 的问题 ， 影响机组 的环保数据可靠性 。具体表现为 时常 出现脱硝 出 口 N O 质量浓度低而烟 囱出口 N O 质量浓度 高的 现象 ， 俗称“ N O 倒 挂” ， 影 响对脱硝 效率 和氨气逃 逸率 的调节控制。造成此问题的因素主要有 以下几 方面。 2 ． 1 分析仪表的问题 分析仪表自身测量精度与长期使用造成了系统 性误差 。烟 囱出口和脱硝出口表计测量原理和品牌 不同 ， 测量精度也不一样 ， 随着长期投运 ， 表计 的老 化程度不一样 ， 造成 了系统误差。随着环保超低排 放标准的实施， 这种系统误差对 N O 质量浓度测量 的影响越发重要。 2 ． 2 测点设计布置问题 脱硝 S C R出口处 N O 质量浓度场分布不均匀 导致测点取样代表性差 。锅炉脱硝 S C R后烟气取 样安装在脱硝催化剂后的变径方形烟道上， 烟道上 端面尺寸为 2 5 7 0 0m m1 3 8 0 0m m， 烟道下端 面尺寸 为 1 2 5 0 0 m m1 0 4 0 0 m m， 变径烟道 的高度为 8 5 0 0 第 2期 舒茂龙 大型火力发 电机组 N O 质量浓度在线测量偏差问题分析 7 5 m m， 取样点设置下端面上 1 0 0 0 m m处。由于在变径 烟道中烟气呈现紊流流场， 靠近变径烟道壁面烟气 流动更加混乱。对不稳定流场在不同负荷段的 N O 质量浓度进行手工测量 ， 发现不同测点间偏差很大 ， 说 明烟气 自动监控系统 C E MS 测量根本无法取到 稳定、 具有代表性的合格烟气。 2 ． 3 距离引起的测量滞后误差 由于炉膛存在一定的偏烧 问题 ， 炉 内燃烧产生 的N O 不稳定， 单位时间内 N O 质量浓度变化大 每秒可达 1 6 mg ／ m 左右 。脱硝 出口 N O 测 点与 脱硫烟囱出 口 N O 测点相距 近 3 0 0m， 这样在 2套 测量系统上存在很大时间滞后 ， 可能达到 3 0 S 。这 样造成了炉内N O 质量浓度大幅度变化时， 往往会 导致脱硝 S C R与烟囱出 口 N O 质量浓度实时测量 值有较大偏差 。 3 特性试验及分析 基 于以上理论分析 ， 需要对锅炉不 同负荷段下 S C R出口的 N O 质量浓度场 分布特性进行监测及 对比分析 ， 从而对测 点布置提供参考性的优化选择 方案 。 3 ． 1 试验方案 根据 HJ ／ T 7 5 _2 0 0 7 固定污染 源烟气排放 连 续监测技术规范 及 G B ／ T 1 6 1 5 7 --1 9 9 6 固定污染 源排气中颗粒物和气态污染物采样方法 等标准， 在 S C R反应器 出口烟道用 网格法布点 ， 在 1 0 0 ％额 定负荷和 5 0 ％额定负荷下， 用气体分析仪和氧量仪 同时测量反应器出口各 网格点的 N O 和 O 的质量 浓度 ， 并记 录各项参数 如图 2所示 。 脱硝烟气 ◎ ◎ ◎ 仪表采样点 一人工采样点 ◎ 8 叼 6 5 4 3 2 l 图 2脱硝 出 口烟气取样示意 3 ． 2试验结果 不同负荷下的试验结果如图 3 、 图 4所示。 对比不同负荷下 N O 质量浓度分布 曲线 ， 可 以 看出， 1 ， 2测点受负荷影响变化大， 其余测点 N O 质量浓度变化相对稳定 。 对比分析试验数据可以得出以下结论。 1 在相 同负荷下 ， 尾部烟道 的质量 浓度流场 分布不均； 在不同负荷下， 尾部烟道的质量浓度流场 分布差异性更大。 2 造成质量浓度流场分布差异性大的影响 因 子主要是炉 内燃烧差异性大， 炉内烧偏对 N O 质量 额定负荷下经 O 修正后 N O 质量浓度 分布对 比 图 4 1 0 0 ％额定 负荷 下经 O 修 正后 N O 质量浓度 分 布对 比 浓度产生较大影响 ， 同时尾部烟道 内部结构 的复杂 性也在一定程度上影响了 N O 质量浓度的分布。 3 在对烟气 N O 质量浓度 的测量上 ， 现有热 工测量仪表 的测量准确度是满足 比对要求 的， 存在 的主要问题是烟道流场不均匀 ， 导致测量抽取 的样 气代表性不足。 4 解决对策 针对 N O 测量存在的误差 以及脱硝烟 囱出 口 N O 质量浓度不匹配问题 ， 可 以从 以下几方 面进行 改进。 1 提高仪表测量精度。将烟囱及脱硝出口分 析仪改换精度更高且相 同测量方式 的分析仪 ， 对 长 期使用 的仪表进行更新 ， 同时采用 多点标定方法验 证仪表 的线性测量准确度 。 2 进行锅炉 S C R烟气脱硝系统喷氨优化调整 试验 。检查 S C R系统烟道情况， 合理布置导流 板， 避免烟气系统偏流； 根据测试 S C R反应器进、 出 口烟气 中 N O 的质量浓度 以及 出 口氨 的质量浓度 均布情况 ， 调整喷氨格栅手动调节阀的开度 ， 使出 口 N O 质量浓度分布均匀， 并严格控制出口氨逃逸率 不超过设计值。 3 对 烟气取样测点布置进行优化 。 优选在 烟 一 g ． ∞ 县、 蛏_軎蟮 乏 巨 一 ． ∞ ， 爨_軎越 。 z 7 6 华 电技 术 第 3 8卷 气流场稳定区域进行多点取样 。在选取正确 的 取样点存在 困难 的情况下 ， 考虑使用合适 的取样器 进行多点混合式取样 ， 使 烟气在进入取样探头前混 合均匀 ， 获得混合均匀 、 代表性强 的样气。改进后的 取样点如图 5所示 ， 在改 变取样器长度 的同时增加 了取样孔数量 ， 改进单根取样器的取样方式 ， 实现烟 道纵 向无盲区取样 。 烟 道 单 位 mm 图 5 改进新型取样器 5 结论 1 造成在线 N O 质量浓度测量偏差的主要因 素是仪表误差和采样 系统误差。 由于烟道 流场 内 N O 分布不均匀 ， 使烟气采样不具有代表性 ， 造成脱 硫脱硝 N O 质量浓度的测量偏差与不匹配。 2 在低 N O 质量浓度下 ， 分析仪表 的测量精 度与系统误差 对 N O 质 量浓度 的测 量影 响更大。 在超低排放改造和新工程建设 中， 建议采用符合超 低排放标准的分析仪表 ， 要求 S C R出口和烟气脱硫 F G D 出口分析仪表对 N O 组分测量 的方式 和精 度相同。 3 通过 S C R喷氨均匀性调整试验 ， 确保 S C R 出 口N O 质量浓度均匀分布 ， 同时采用新 的点阵混 合均匀取样方式 ， 使 C E MS采集的烟气质量浓 度更 具有代表性， 消除系统 N O 质量浓度测量偏差和不 匹配 问题 。 参考文献 [ 1 ] 朱法华， 王圣 ， 孙雪丽， 等． 氮氧化物控制技术在电力行 业 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天发生雾 霾天气， 自2 0 1 5 年 2 月4日 算起， 预计燃气轮机再运 行4 4 d ， 即2 0 1 5 年 3 月中旬将有可能需要更换精滤。 2 0 1 5年 3月中旬 ， 京桥公 司燃气轮机进气压差 达到 1 ． 3 k P a ， 机组 已无法带基本负荷 。该厂利用机 组调停机会 ， 完成 了2台燃气轮机精滤的更换工作 。 根据上述分析 ， 该厂在 1个月前 已经预测 3月 中旬 将需要更换精滤 ， 为工作实施留有充足的准备时间 ， 保证精滤更换工作能在最短时间内完成 。 对于粗滤 ， 可按年均 8个月的雾霾频发期计算 ， 每台燃气轮机外层粗滤需要更换 1 4套 ， 里层粗滤需 要更换 6套 。 参考文献 [ 1 ] 朱晋杰． 燃气轮机进气系统防雾霾技术研究[ J ] ． 华电技 术 ， 2 0 1 5 ， 3 8 7 6 7 6 9 ， 7 2 ． [ 2 ] 李俊 ， 龙涛． 燃气轮机高效空气过滤器在极端天气下的 应用对策[ J ] ． 燃气轮机技术， 2 0 1 5 2 7 37 7 ． [ 3 ] 徐杨锋． 燃气轮机压气机滤网压差高的原因及对策 [ J ] ． 中国新技术新产品， 2 0 1 4 2 3 8 6 ． [ 4 ] 陈坚红， 程元 ， 盛德仁， 等． 燃气轮机滤网更换周期优化决 策模型研究[ J ] ． 中国电机工程学报， 2 0 1 4 2 0 5 4 5 9 ． 本文责编 弋洋 作者简 介 刘金良 1 9 8 6 一 ， 男， 天津蓟县人， 助理工程师， 从事燃气 轮机运行、 维护方面的工作 E m a i l 2 8 6 1 9 4 8 5 1 q q ． c o m 。