多点直抽法氮氧化物连续监测系统在脱硝出口的应用

多点直抽法氮氧化物连续监测系统在脱硝出口的应用

周世盼

河北大唐国际王滩发电有限责任公司 河北 唐山 063611

摘要：本文介绍了稀释法和多点直抽法氮氧化物烟气连续监测系统构成，对比了稀释法和多点直抽法在我公司脱硝出口氮氧化物监测的应用情况，并介绍了我公司稀释法改为多点直抽法氮氧化物连续监测系统的改造原因、注意事项和改造效果。

关键词：多点；直抽法；氮氧化物

前言

随着国家环保形势日益严峻，超低排放已成为火电厂的重要指标，目前脱硝出口氮氧化物浓度监测多采用单点取样测量方式，但由于脱硝装置出口烟道截面积较大，且直管段较短，锅炉燃烧配风等原因使得同一截面烟气流速场分布不均匀，造成氮氧化物浓度分布不均匀，单点取样代表性差，易造成局部过量喷氨，导致局部氨逃逸过大，产生硫酸氢铵等物质造成空预器堵塞，影响机组安全运行。

1 稀释法氮氧化物烟气连续监测系统构成

1.1 稀释探头

稀释探头的最大作用是保证基本恒定的稀释比例，当音响小孔两端压差大于0.47倍时，流经音速小孔的流速基本恒定，而不受烟气温度和压力变化的影响。

稀释探头的工作原理为：首先干燥的空气通过稀释空气管流经喷嘴，进入音速小孔。当高压空气流经喷嘴时会在连接到音响小孔低压端的气室中产生一个真空。在这真空的作用下烟道气通过探杆和过滤器后经音响小孔传送到文丘里管的出口，在这里烟道气和洁净的空气混合并被稀释。被稀释的正压样气通过无需加热的样气管传送到分析仪，如图1所示。

图1：稀释探头原理示意图

1.2 氮氧化物分析仪

氮氧化物分析仪是一种化学发光法NOx分析仪，原理是基于一氧化氮(NO)与臭氧(O3)的化学发光反应产生激发态的NO2分子，当激发态的NO2分子返回基态时发出一定能量的光, 所发出光的强度于NO的浓度呈线性关系，42系列分析仪就是利用检测光强来进行NO的检测, 其化学反应式如下:

NO + O3　——── NO2 + O2 + h

仪器在进行二氧化氮(NO2)的检测时必须先将NO2转换成NO， 然后再通过化学发光反应进行检测。NO2是通过钼转换器完成NO2到NO的转换. 其转换器的加热温度约为325℃。

如图2所示, 样气通过进气口被抽入氮氧化物分析仪，然后样气经颗粒物过滤器过滤，到达电磁阀，由该电磁阀选择样气的路径是直接到达反应室(测NO方式)，还是先经过NO2到NO转换器后再进入反应室(测NOX方式)。 在反应室前装有限流毛细管和流量传感器, 以控制和测量样气的流量。

干燥空气通过进气口进入氮氧化物分析仪，经过流量传感器后, 干燥空气通过放电式臭氧发生器，臭氧发生器产生进行化学萤光反应时所需要的高浓度臭氧。臭氧与样气中的NO进行反应生成激发态的NO2分子, 然后由光电倍增管检测NO2返回基态时发出的萤光。

图2：氮氧化物分析仪原理示意图

2多点直抽法氮氧化物烟气连续监测系统构成

2.1气体采样

烟气经过采样探头和电加热采样管线由取样泵抽取至分析仪表柜。

2.1.1采样探头：是一种能自行加热并实施温控的采样装置。由连接法兰探头取样、过滤器（碳化硅陶瓷2μm孔隙）、加热装置、温控器组成。设有一个样气输出口处，还设有一个可复用的反吹口，其反吹采用清洁的压缩空气，吹扫附着在滤筒过滤器外表面的烟尘，将其吹扫回烟道内。取样过程中样气始终处于140℃的高温状态，使样气中的水汽不发生冷凝，从而改善了过滤器的工作条件。装置中温度控制器的温控范围设定取决于样气中的含水量，即于样气中水汽露点值。为了确保在此过程中不发生冷凝，设置的温控温度范围应比其露点值高出20~30℃。在抽气泵的作用下，被测样气由采样管进入粉尘过滤器流向样气输出口。

2.1.2取样管线：由样气管、电伴热加热带、保温层及外防护层组成。采用PT100铂电阻测温，并通过温控器控制加热温度。

2.2样气汇气箱

多个不同点位的探头经过各自的节流阀和浮子流量计，等流量的进入样气汇气箱，汇气箱采用电加热器加热，加热至150℃以上，防止产生凝露。

2.3样气过滤

样气过滤主要通过探头过滤器（2μm孔隙）来完成，分析柜内的保护过滤器主要起监视作用，可通过观察分析柜内过滤器颜色等指标判断是否失效。

2.4样气除水

样气进入分析柜后，通过压缩机冷凝器来对样气进行快速冷凝，经过压缩机冷凝器后的样气能满足分析器的进样要求。蠕动泵用于冷凝水的排放。压缩机冷凝器的控制温度设定在＋5℃至-2℃，当其冷凝温度不在设定范围时，将输出报警信号，这时PLC会控制取样泵关断，以避免湿样气进入分析仪，从而对分析仪的单元部件造成污染。

2.5分析仪

分析仪采用，红外气体光谱测量方法是以非分散性IR 辐射的吸收为基础的,测量相关波段红外线的衰减幅度即可测量相应气体的浓度。

图3：直抽法系统示意图

3直抽法和稀释法氮氧化物连续监测系统在脱硝出口的应用对比

3.1探头密封性能

稀释法系统，探头采用双密封圈进行密封，系统正压和微负压区，密封效果比较好，使用过程中未发现明显问题，但应用在较大的负压区时，由于探杆拆卸磨损、加工误差等原因，密封效果不是很好，易发生漏气，导致抽取不到样气的问题。

直抽法系统，探头采用固定螺纹形式连接，应用在较高的负压区，密封效果良好，不易发生抽取不到样气的问题。

3.2系统防堵性能

稀释法系统，样气抽取部分位于探头内部，从探头至CEMS小间的取样管路为稀释后的样气，样气采样比完全抽取系统的进气量低两个数量级，如 20-50ml对2-5L，不易发生取样管路堵塞等问题。探头部分需加强反吹，曾出现过探杆堵塞问题。

直抽法系统，样气经过探头内部的过滤器后直接抽取至CEMS小间，非常考验过滤器性能和系统反吹性能，取样管路堵塞的可能性更大，需要更高的反吹频率，且一旦堵塞，需要逐段进行反吹清理，查找堵塞位置。

3.3系统能耗

稀释法系统，减少了湿气含量，使烟气的露点下降到-29ºC至-40ºC，无需使用加热采样管线，加热部分为探头和分析仪内部转化炉，能耗相对低。

直抽法系统，取样管路必须全程加热，否则产生凝露影响测量，甚至腐蚀仪器，能耗比稀释法高。

3.4分析仪检修

稀释法系统，分析仪内部结构相对复杂，部件较多，检修时需要逐项排查，工作量较大。

直抽法系统，分析仪内部结构简单，检修时需要排查的故障点少。可通过氧量测量模块监测系统是否漏气，发生漏气时氧量数据会明显偏高。

3.5系统布置灵活性

稀释法系统，取样探头和CEMS小间相对位置随意布置，既可以位于CEMS小间上方，又可位于CEMS小间下方，取样管线因无伴热，管径较细，不需要单独铺设专用槽盒。

直抽法系统，取样探头只能位于CEMS小间上方，否则容易产生凝露，取样管线一般为集成管线，线径较粗，且集成管线内有伴热带，需要铺设专用槽盒。

4 脱硝出口多点直抽法氮氧化物连续监测系统改造

4.1改造原因

随着增压风机、引风机合一，脱硫增容改造，脱硝出口的烟道负压明显增大，稀释法探头因探头与探杆处为双密封圈的非固定式密封，频繁发生密封效果不好，导致无法正常抽取样气的故障，且稀释法本身抽取的样气量就很少， 在系统较大负压工况下，对密封效果要求更苛刻。烟道内流速场随工况变化较大，单点式探头不能保障样气抽取的代表性。

4.2改造注意事项

4.2.1烟道同一截面取样点应等距均匀分布；

4.2.2采样管线长度尽量短，一般不要超过80米,以小于50米为佳；

4.2.3采样管线走向不能出现U型弯，防止积水及阻塞管线；

4.2.4采样管线不能折死弯，大于90度,水平方向大于15度，弯曲半径不小于400mm。

4.2.5脱硝CEMS小间应低于取样点位置，防止产生冷凝水；

4.2.6宜采用浮子流量计调节多点取样各取样点的样气流量，尽量做到等量取样，使样气更具有代表性。

4.2.7取样管路、探头、汇气箱等加热装置的温度监测和报警应设置完善，以便及时发现加热系统存在的异常，避免样气因未被加热造成冷凝或管路堵塞

4.2.8压缩空气吹扫应对压缩空气进行除油、除水等预处理，并设置合理的吹扫周期，保证吹扫效果。

4.2.9探头汇气箱出入口连接处，应加强保温伴热，我公司曾发生过，接头处伴热不完善，导致凝露和管路堵塞问题。

4.2.10取样管反吹时应解开浮子流量计两端的接头，否则易造成玻璃浮子流量计破损。

4.2.11建议冷凝水管侧边一定高度开溢流孔，防止冷凝水倾倒不及时导致冷凝水进入分析仪，损坏设备。

5 结论

脱硝出口氮氧化物测量由单点稀释法改为多点直抽法后，系统运行稳定，通过历史曲线分析，脱硝出口氮氧化物浓度与脱硫出口氮氧化物浓度趋势一致，且脱硫出口氮氧化物浓度峰值滞后脱硝出口几分钟时间，符合逻辑关系。