案例分析！沙角B电厂网格取样烟气测量改造后NOx的优化测量

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一.案例分析

      沙角B电厂脱硝出口CEMS测点安装在脱硝出口倾斜烟道，为3 点采样混合后测量。由于目前CEMS取样测点受安装条件限制，取样测点明显不满足《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》GB/T 16157-1996中对测点位置的要求，也不满足热工取样测点的要求;又因为目前NOX烟气取样为抽取式取样，烟道内烟气流场紊乱，烟气分布不均匀，且NOX仪表取样探杆插入深度过短，导致采到的样气不具有代表性，测量结果存在环保数据不符合逻辑，脱硝出口NOx与实际值数据偏差大，（具体如图一所示）。影响到环保排放和运行人员对喷氨量的合理控制，导致运行机组不能高效运行。

图一 网格改造前的脱硝脱硫数据对比

   通过对网格取样装置方案的可行性研究与调研后，2017年3月在#2机脱硝出口安装了网格取样装置，于5月份投运。网格取样装置在机组不同工况、负荷、煤种的变化下持续运行了4个多月后通过调取DCS历史与实时曲线证明，网格取样改造后，不管是波动的负荷状态还是平稳的负荷状态脱硝出口NOX测量值与脱硫排放口NOX测量值几乎一致，测点真实的反映了检测区间的数值，成功的改造也使脱硝系统投自动在原来的30%变成了95%以上。改造结果使得机组更加的高效运行。具体改造效果见（图二、图三）。

                 图二 网格改造后平稳负荷值得脱硝脱硫数据对比   

  图三 网格改造后波动负荷值的脱硝脱硫数据对比

二.烟气网格取样

  “烟气网格取样”是指将烟道虚拟分为多个网格，并在每个网格中心布置一个取样点。利用空预器差压作为其流动的动力实现抽样混后再测量的一种装置。此装置对解决脱硝出口烟气不具代表，氨逃逸仪表受粉尘干扰，对光偏移具有很好的效果。

网格取样原理图

     脱硝出口CEMS测量与脱硫出口CEMS测量相比，具有粉尘含量高、烟道直管段短、烟气紊流严重、烟气成份分布不均等特点。通过锅炉预留性能测试孔之间进行取样试验发现在同一时间对同一截面进行在线监控，NOx含量偏差相差达到5倍，偏差高达53mg/m3以上。单点取样的数据测点与测点之间具有明显偏差，由此可见脱硝出口CEMS测量数据的不具代表性。测量数据不具代表性的不仅严重影响到了机组对喷氨量的控制，还导致环保数据的不可信。

现场NOx 测量不准，样气不具代表性的原因是烟道内部烟气成份分布不均，紊流严重，任何位置单点取样都无法取到合适的样气，要保证测量的准确性必须采用多点取样，但普通多点取样易发生泄漏，成本高，维护量大，均匀性不高。经过流场试验数据设计了烟气网格取样。能过管道将烟道分成多个虚拟的小块，如同将整个烟道分成一个个网格。网格取样装置解决了取样不均匀，样气不具代表性等问题。

  为解决此问题，某公司推出了市场上首套“烟气网格取样装置”。具有以下特点：

1.烟气网格取样装置具有工艺系统先进、成熟、可靠的技术，造价经济、合理，便于运行维护，同时解决脱硝CEMS取样不均问题的同时还解决了氨逃逸受粉尘影响大的问题。网格取样装置改造效果明显优于改造前测量值。

2.机械部件及其组件或局部组件应有良好的互换性，在脱硝网格取样装置设计运行期限间的各种工况（如温度、压力及污染物含量的变化等），不会造成超过设计标准的老化、疲劳和腐蚀，而且在任何部件产生的应力和应变不能对脱硝网格取样装置的效率和可靠性产生影响。

3.脱硝网格取样装置的安装需在停机期间进行，但在机组运行中可以进行隔离调试，而不会影响机组和CEMS运行。

4.烟气脱硝网格取样装置的基本设计原理为通过在单根取样管开不同大小实现小范围混合，再通过调节阀调节取样管进入母管进行整个烟道混合的设计方式可以大大提高样气的代表性，混合后的烟气测量值可以达到与实际值偏差不超10%，NOx含量不超5mg/m3。

5.网格取样装置在烟道内进行可升缩式固定，采用不积灰钢材将一端焊接固定在烟道内侧，另一端可以在受膨胀，沉降的影响下灵活伸缩以减少网格取样与锅炉的胀差或沉降带来的影响。

6.网格取样装置管道布置非常重要，管道布置充分考虑脱硝烟气的高温高尘的特点，减少烟气在管道的阻力，防止粉尘沉积在取样管内。

7.锅炉运行匹配性高，脱硝网格取样装置的设计必须保证在锅炉负荷波动时应有良好的适应特性。脱硝网格取样装置满足如下运行特性：

      1）能适应锅炉0%-100BMCR的负荷，任一工况下与实际值偏差不超过10%，5mg/m3。

      2）所有设备与管道等的布置应考虑系统功能的实现和运行工作的方便。

8.网格取样装置所有开孔大小都需根据现场烟道烟气流速计算,并经过流场实验论证的，能满足多点取样的要求，通常单个烟道的取样点不会低于10个，并且进入母管后有足够的长度，经过了充分的混合，达到了我们要求均匀取样的要求。

9.考虑到烟道内烟气中含有大量粉尘冲刷，网格取样装置有可能会磨损断裂，烟道内所有管道全采用耐磨材料及防磨处理。为了防止烟道内烟气对取样管道的腐蚀，取样管道采用了耐腐蚀性材料，为防止冷凝腐蚀及管道积灰，在管道、阀门、支吊架等安装工作完成后，经验收合格后，对该烟气取样系统进行全面保温。

10.锅炉沉降管道变形及胀差。考虑锅炉有或多或少沉降，取样管道受重力，台风等影响可能会产生变形，在烟道内部设计有伸缩余量在烟道外部其转角位置设计有膨胀节，为防止异种钢有胀差而导致脱焊，拉裂，设计有成熟的防胀差考虑方案，以减少对烟道的影响。

11.取样管堵塞是烟气网格取样的第一难题。为了防止堵塞，采取了以下措施：

1）减少粉尘在管道内流动阻力，减少粉尘堆积；

2）设计时需明确可能积灰的管段，并有相应措施；

3）针对可能出现积灰的部位设计有可清理积灰措施，而又不影响CEMS运行的方案。

4）故障率低，维护量与维护强度小，维护周期不低于1个月；

5）网格取样装置应装有堵塞检测措施，出现堵塞时能及时反应，以便运行维护人员及时采取措施消除堵塞及确认方式。

6）需提供积灰堵塞报警，且能在不影响设备运行的情况下检查确认。

12.烟气网格取样装置系统压差不高于100 Pa，网格取样装置对烟道造成的差压不高于50Pa。

13.实时流量监控为保证取样效果，需提供管道实时流量监控，具备现场仪表显示功能。

14.不仅解决了取样不均，还将抽取的样气进行烟气和灰尘分离，为保证检测的准确性，取样管路需做烟尘分离，进入测量区间前需对样气进行粉尘分离且分离率不得低于80%，大大提高了氨逃逸仪表的准确性。

15.适用能力强，无需更换现有CEMS仪表和氨逃逸仪表。烟气网格取样装置适用任何仪表，任何烟道，即使将来更换仪表也照样适用。

16.满足现有的脱硝出口NOX测量值与烟囱出口NOx测量值的差值有明显改善，在不更换CEMS仪表与氨逃逸仪表的情况下，保证NOX测量值与氨逃逸的实际测量值与机组负荷波动以及喷氨量阀度开关大小形成直接对应关系。

  三.烟气循环取样装置

  “烟气循环取样装置” 同样将烟道虚拟分为多个网格，并在每个网格中心布置一个取样点，利用空预器差压作为其流动的动力实现抽样再测量的一种装置。循环取样与网格取样不同的是循环取样装置具有单独对某个测点进行测量的功能，在程序的控制下可以实现整个烟道的循环逐点取样。此装置同样可以解决脱硝出口烟气不具代表，氨逃逸仪表受粉尘干扰，对光偏移具有很好的效果，还可以进行对每个区域进行单独测量，具有流场诊断、催化剂性能检测、喷氨量核实等功能。

   网格循环取样作为网格取样的升级产品，在保留有均匀取样的基础上增加了烟道的扫描式取样检测。有利于流场判断、燃烧情况判断、催化剂性能及喷氨阀的调节。循环取样是精准喷氨的基础。现有的脱硝采用均衡喷氨容易导致 NOx/NH3 均匀混合性不够的问题，可通过网格循环取样获得可靠数据后再调整喷氨调节逻辑策略。网格循环取样同时配有一整套电控设备，具有多点同时采样，同时存储，逐次分析，真实反映网格上某一时间段烟气分布情况，经过 NOx数据分析获得精确的烟气成份截面分布和变化趋势。优化控制系统在不同负荷及不同磨煤机组合下多输入变量条件下建立数字模型进行运行，对不同NOx分布区域输出相应结果，来控制各区域的喷氨量，实现不同区域不同NH3、NOx摩尔比，从而充分发挥有限体积的催化剂性能，在较小氨逃逸率前提下实现较高的脱硝效率。

      Nox值在区域切换状态有明显的阶梯。再结合阀门状态的反馈， 实现单个区域测量，再实现对应区域的喷氨调节。

   众所周知的从国外进口到国内的仪表在国外使用情况理想，一到国内却差强人意。国内众多厂商瞄准了这个机会，陆续推出了更适用于国情的仪表，但到目前为止还没哪款仪表经得起市场考验。经过研究发现进口仪表在国内应用不好，并非仪表本身的问题，而是因为国内外使用环境导致。发达国家与我国的燃烧工艺的不同，如：燃烧的煤是经过预处理的，烟气的含尘量，含水量要远低于国内。有国内某公司走了一条与众不同的路线，“改善测量环境”，即选择烟气网格取样和烟气循环取样装置。

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网格取样系统配套Y型流通池，会让CEMS系统，氨逃逸和手工取样更完美搭配工作。

Y型流通池

一、数据不延迟
将流通池设计成Y形，既减少了粉尘对测量的影响，又加速了烟气
在流通池内流动，保证了测量的实时性。
二、不受粉尘干扰
流通池设计有三级粉尘分离，最高可以分离出90%以上的粉尘。分离的粉尘跨过流通池从旁路进下游。分离出粉尘后的烟气进入
流通池接受原位式仪表的检测。
三、具有代表性
配合网格取样还解决了取样不具代表性的问题。
四、减少其他气体的干扰
氨逃逸受SO2干扰大，通过扩散速度与流动速度差，可以减少SO2对NH3的影响