优化脱硝出口烟气取样系统提高喷氨自动可靠性

优化脱硝出口烟气取样系统提高喷氨自动可靠性

徐洵 陈波 李锋

贵州兴义电力发展有限公司 贵州 兴义 562400

摘要: 信号的测量是影响自动控制系统控制品质的一个关键因素。脱硝出口NOx测量的准确度严重影响喷氨自动控制的可靠性。贵州兴义电厂脱硝出口烟气取样采用的是单点抽取的模式，由于烟道截面积较大，测点处烟气混合未均匀，因此所测到的NOx数据代表性不强，波动很大，无法反应系统的真实运行状况。从而导致喷氨自动控制的投入率较低，自动控制的品质不高。由于是单点取样，无法监测整个断面的烟气参数，也无法判断各区域是否存在过量喷氨的情况，不仅增加了液氨的耗量，也给空预器堵塞造成了很大的压力。为此，2020年利用机组等级检修，对#2脱硝出口烟气取样系统进行了多点取样的改造。改造后，NOx测量的准确度、稳定性大大提高，喷氨自动控制的投运率及可靠性显著提升，喷氨得到了优化，降低了液氨单耗，减轻了空预器堵塞的压力。

关键词:取样系统　自动 可靠性 液氨单耗　

1 系统简介

1.1系统概述

脱硝出口NOx的数据，反应了脱硝系统的运行状况。脱硝出口NOx测量的准确度直接影响喷氨自动控制的品质，并对液氨耗量及空预器堵塞有很大的影响。

NOx的监测系统，主要由取样系统、预处理系统、烟气分析系统组成。系统采用电加热直接抽取法将烟道中气体取出并输送到预处理单元，预处理单元将烟道中的气体经预处理后送入分析仪表，最终测出数据输出显示。该监测系统中取样系统起着关键性的作用。

贵州兴义电厂取样探头布置在脱硝出口与空预器之间的水平烟道上，A、B侧烟道各布置一套系统，探头安装在烟道的中间位置，垂直向下，单点布置，探杆长度为1.5米。该水平烟道单侧尺寸为长9.619米，宽13.79米，高4米。

1.2 技改前状况

贵州兴义电厂脱硝出口为两个90度转弯烟道，取样探头布置的位置直管段很短，该区域烟气大部分成紊流状态，且取样点距离反应区出口较近，烟气还未混合均匀，因此NOx的准确测量难度很大。

贵州兴义电厂脱硝出口NOx的取样探头为单点布置，所以只能测量到烟道内一个小区域的数据，其代表性较差。烟道内的烟气流场紊乱，测到的数据稳定性差、波动较大。当喷氨调门在自动控制模式时，受到NOx测量值频繁波动的影响，其控制品质较低，自动投运率也较低。由于是单点取样，该烟道断面其他区域的NOx数据无法测量，当各个区域喷氨不均匀时，测量数据无法反应，也无法及时做出相应的调整，从而增加了液氨的单耗，同时对空预器的堵塞也造成了很大的影响。

2 多点取样系统简介

单点取样系统简单，设备单一，日常巡检维护量较少，但其有很多局限性。因此行业内开始向多点取样进行优化。

多点取样系统，即在烟道同一截面内多个区域布置多组取样装置，通过取样器将样气取至分析机柜，实现烟气参数的测量。多点取样系统可采用同时抽取多个区域样气的方式，将混合后的样气送入机柜进行分析，也可以通过阀门切换使某一单独取样管所取的样气进入机柜进行分析。

多点取样系统所取的样气更具有代表性，其受烟道流场紊乱的影响相对较小，适用于没有较长直管段的现场，其混合后的综合样气能反应出系统总体的运行状况，而当选择单一取样管进行取样时，又能得到对应区域的烟气参数，对每一个取样管进行一次循环取样，就会得到所有区域的参数数据。通过循环取样，可以判断出各区域的喷氨情况，当出现喷氨不均匀时，可对相应区域的喷氨阀门进行调整，避免出现过量喷氨的情况。

目前多点取样系统以烟气抽取的动力来区分主要有两种。一种是通过风机将烟气从烟道取出，通过母管汇流，烟气连续监测系统从母管（汇气室）取样测量，母管的烟气通过回流管再排回到烟道。另一种是以脱硝出口与空预器出口之间的差压作为动力，烟气从脱硝出口烟道取出，经过母管汇流进入汇流池，烟气连续监测系统从汇流池取样测量，汇流池出口管道接至空预器出口烟道，使烟气在无外部驱动设备的情况下排回烟道。

3 多点取样系统的设计与实施

贵州兴义电厂脱硝出口烟道直管段短，烟气取样点离反应区出口近，采用的单点取样方式有很多局限性，因此利用机组等级检修的机会，对#2脱硝出口烟气取样系统进行了优化改造。采用脱硝出口与空预器出口之间的差压使烟气自然流通的方式进行取样系统的改造。

3.1　取样装置的布置

取样装置仍选取在脱硝出口与空预器之间的水平烟道上布置，该水平烟道A、B侧尺寸均为长9.619米，宽13.79米，高4米。基于该烟道宽13.79米，在同一断面上我们横向布置了6组取样装置，每组取样装置间距2米。烟道高度4米，每一组取样装置纵向布置3根取样管，考虑到水平烟道0.4米的积灰高度，纵向取样管的长度分别设置为0.9米、1.8米、2.7米。因此，单侧烟道布置了6组取样装置，总计18根取样管。

每一根取样管配置一个独立的切换阀门，每根取样管都汇集到母管。在靠近烟气分析小室的烟道旁设置一个汇气流通池，烟气监测系统从流通池取样测量，取样管的烟气通过母管汇入流通池后，再通过母管接入电除尘入口烟道内。通过电除尘入口（空预器出口）与 SCR 脱硝出口之间形成的负压压差，使烟气被取样装置自然抽取。

单根取样管配套的阀门可用于调节单根取样管的样气流量，确保每根取样管抽取相同的烟气量流进入母管，从而达到取样均匀的效果。同时也可以通过控制某根取样管的通断对烟道局部采样，实现对整个烟道流场分布的判断。

3.2 辅助设备的配置

3.2.1吹扫系统。反应区出口灰尘较大，尽管取样管垂直向下布置能取到一定自清灰效果，但整个取样系统仍无法避免烟气中灰尘的影响，因此在母管及汇流池分别接入了吹扫压缩空气。母管上分别配置了吹扫阀与保压阀，在不同的方式下分别开启或关闭，并且互锁。

在系统吹扫时，母管将进入空气，为了使烟气参数测量不受影响，引入了烟气监测系统的自标定信号。将取样系统的吹扫时间设置小于监测系统的自标定时间，并且使用烟气监测系统的自标定信号来触发取样系统的吹扫。

3.2.2取样监测系统。为了能准确判断各组取样装置是否取样正常，在每组取样装置与母管之间安装了一支热电阻温度计，用于实时显示，当温度低于某一温度值时，系统将发出取样管堵塞的报警。同时可根据各组温度的显示情况判断整个取样系统均匀取样的效果。

3.2.3取样控制系统。该系统配置有PLC和电控回路。取样管切换阀的开度、系统吹扫、温度监测报警、取样方式的切换均由取样控制系统总体控制。通过该系统实现均匀取样、循环取样、单点取样自由切换。当出现取样系统堵塞时，可在控制系统上操作，通过吹扫进行疏通。

3.3 取样系统优化实施情况

基于烟道尺寸，对取样系统布置了18根取样管，系统投运后运行状况如图一所示。

图一 取样状态

通过优化设计，18根取样管基本覆盖了单侧烟道的整个断面。取样装置横向、纵向均匀布置。配合相应的吹扫、报警等系统，对切换阀合理调节，在直管段短、烟气存在紊流的烟道内实现了均匀取样。

4 烟气测量取样系统优化后的效果

4.1 提高了喷氨自动的投运率及可靠性

对#2脱硝出口烟气取样系统进行优化后，在均匀取样方式时，出口NOx数据与脱硫净烟气NOx数据偏差由优化前的80mg/m³左右降低到现在的15mg/m³以内。脱硝出口的NOx数据完全真实反应了脱硝系统的运行状况。当工况变化时，脱硝出口NOx数据变化平稳，未出现单点测量时数据异常波动的情况。

NOx测量的准确性作为喷氨自动控制系统控制品质的一个关键因素，在烟气取样系统优化后得到了有效的保证。#2脱硝喷氨自动投运率显著提高，避免了之前升降负荷及工况变化导致自动退出的情况。喷氨自动的可靠性提高后，大大减轻了运行人员的工作量，同时对合理喷氨、降低液氨耗量有很大的作用。

4.2 降低了液氮单耗

取样系统优化后，通过循环取样，掌握了18根取样管对应的各个区域的NOx数据。当出现某一区域NOx偏低时，即表示该区域出现喷氨过多的情况，便于及时对相应的喷氨阀门进行调整，使各区域喷氨均衡。随着喷氨自动的可靠性提高，脱硝系统的喷氨也更加合理。取样系统优化后，液氨单耗降低了0.02g/kWh，在取得良好的经济效果的同时，还大大减少了过量的氨进入空预器。

4.3 减轻了空预器的堵塞情况

空预器的堵塞严重影响机组的安全运行。空预器堵塞的一个重要因素就是过量的氨进入空预器，形成硫酸氢氨。取样系统优化后，喷氨得到了优化，喷氨更加均匀，有效减少了过量喷氨的情况，也大大减少了氨进入空预器。系统优化后，#2炉空预器差压上升明显减缓，空预器的堵塞情况有明显改善。

5 结束语

脱硝出口烟气连续监测系统作为我厂脱硝系统中一个重要的组成部分。NOx测量的准确性对设备的调整、喷氨自动的可靠性有很大的影响。NOx全截面的测量对脱硝系统均匀喷氨有着决定性的影响。通过技改优化，将烟气监测取样系统由单点取样改为多点取样，大大提高了NOx测量的准确度，提高了喷氨自动的可靠性，使液氨单耗降低，改善了空预器的堵塞情况，减轻了运行人员的工作量。