脱硝在线烟气监测 CEMS取样方式优化

脱硝在线烟气监测 CEMS取样方式优化

郁志强 郁志祥

河北大唐国际张家口热电有限责任公司 河北张家口 075000

摘要：随着我国经济的快速发展，环境污染事件关注度日益增加。NOx是火力发电厂三大主要气态污染物之一，直接影响总出口排放量是否达标。Thermo公司化学发光法42i NO-NO2-Nox分析仪采用外置稀释法的工作方式，广泛应用于各大火力系统。其中，电动采样泵用于抽取烟气反应后的气体，为整个系统流程提供动力，重要性不言而喻。鉴于其工作环境恶劣、电气和机械转动部分磨损故障以及进口备件价格昂贵，采购周期长、流程复杂的缘故，给现场实际运行带来了很大的困难， 本文简要介绍了河北大唐国际张家口热电有限责任公司Thermo 42i NO-NO2-Nox取样方式优化过程，取得理想的测量效果，供从事相关工作人员参考。

关键字： 气态污染物 电动采样泵 优化

1、实施背景

河北大唐国际张家口热电有限责任公司位于河北省张家口市，地处蒙古高原与华北平原的过渡带，西距山西大同约180km，北靠内蒙，南距北京约199km，是河北省联系京、晋、蒙的中心城市。厂址自然标高在693m～703m之间，场地开阔，地势较为平坦。燃煤供热机组2×300MW，脱硫、脱硝同步建设。每台锅炉设置两台空预器，空预器进、出口分别布置了1套美国热电公司42i NO-NO2-Nox的稀释法分析仪表监测系统，烟气排放连续监测系统（CEMS）实时连续测定烟气中的污染物浓度（SO2、NOX、O2、烟尘等）和烟气参数（温度、压力、流量、湿度等）, 并向河北省市环保局和冀北电网公司实时传送监测数据, 作为污染物排放收费和环保电价的核算依据, 受多方面关注。

Thermo42i NO-NO2-Nox工作原理如下：

一氧化氮（NO）和臭氧（O3）发生反应并产生一种特有的发光，这种发光的强度与NO 的浓度成线性比例关系。当受到电子激励的NO2 分子衰减至较低的能量状态时便会发出红外光。化学反应式为：

NO＋O3→NO2＋O2＋hv

环境空气样品通过取样闷头被吸入42i 型分析仪中。样品流过一根毛细管，然后流到模式电磁阀。电磁阀把样品直接送到反应室（NO 模式）或者通过NO2 至NO 转换器再送到反应室（NOx模式）。位于反应室之前的一个流量传感器用于测量样品流量。干燥空气通过干燥空气闷头进入42i 型分析仪，通过一个流量开关，然后通过一个无声放电臭氧发生器。臭氧发生器用于产生化学发光反应所需要的臭氧。在反应室，臭氧与样品中的NO 发生反应以产生受激NO2 分子。封装在热电冷却器内的光电倍增管（PMT）检测到此反应中产生的发光。排气从反应室出发，通过臭氧（O3）转换器移动到电动采样泵，然后通过通风孔排出。

由于脱硝系统中的烟气中含有NO、NO2、水蒸气、NH3、和SO2等，烟气在反应过程中可能生成酸或者碱以及强酸弱碱盐等物质，流经电动真空泵，导致泵隔膜裂开，造成真空下降，流程无法正常运转，另外脱硝CEMS检测系统多数处于长期运行、不间断工作状态，电动真空泵机械部分连续运转磨损，影响其使用寿命，电气部分受工作环境影响，会引起仪表测量误差，进口备件价格昂贵，采购周期长、流程复杂，上述问题给现场实际应用带来了较大的困难，增大了日常维护工作量。

2、技术方案

为了解决上述问题, 我们一致认为对脱硝在线烟气监测CEMS美国热电公司42i NO-NO2-Nox分析仪取样方式进行优化改造是十分必要的，使得其能客服高温、粉尘大的特殊工作环境，避免因电气和机械部分带来的故障，同时，采购价格便宜，设备可靠性高，减少取样系统故障带来的影响，保证环保数据测量的准确性。

经过详细调研和分析,考虑到文丘里泵具有不受工作介质、工作环境直接带来的影响，且能规避机械、电气长期运转造成的设备使用寿命的影响，另外，价格便宜，采购周期短、流程简单，实用性强，可提供动力的特性，决定采用文丘里泵，（Vacuum pump型号:ABX20-C）代替原电动真空泵，提高设备可靠性。

2.1工作原理

共作原理：在文丘里一端接压缩空气，臭氧（O3）转换器排出气接到真空口气管上，当压缩空气接入时，会在真空口侧形成真空，为反应气提供动力，经喷射通道，由排气口排出。

2.2关键指标

美国热电公司42i NO-NO2-Nox的稀释法分析仪对样气采样流量和反应室压力指标明确要求：

1、采样流量满足0.350L/min-至0.900 L/min。

2、反应室压力满足150mmHg-299.90mmHg。

3、系统投入使用

河北大唐国际张家口热电公司脱硝CEMS分析仪取样方式优化，结合2019年04月1号机组A级检修改造完成，2019年06月13日，随机组启动，同步投运，达到了设计预期目的，

脱硝CEMS分析仪取样方式优化的技术难点在于如何控制反应室压力和采样流量同时满足要求，本次改造我们现场做了大量实验，遇到了大量的额技术盲点，其中影响最为大的是—动力用压缩空气取自压缩空气若干分路后的支路，虽然压力满足了要求，但是采样流量偏低，此问题给我们现场实验团队带来了巨大的困扰，问题长期一直未能解决，险些造成中途废止，后经过思路调整，文丘里泵动力用压缩空气直接取自压缩空气分路，减少了分支路，效果大有改观。通过在压缩空气进入文丘里泵前加装浮子流量计，在文丘里泵真空口加装真空表，测得不同压力下，对应的真空度和真空流量，得到了大量实验数据，为本次成功改造提供了理论数据支持，

4、应用效果

脱硝在线烟气监测CEMS取样方式优化 ，自 2019 年 06月至今, 该系统改造在我公司1号机组一直投入运行, 彻底解决了脱硝CEMS检测系统多数处于长期运行、不间断工作状态，电动真空泵机械部分连续运转磨损，影响其使用寿命，电气部分受工作环境影响，会引起仪表测量误差，进口备件价格昂贵，采购周期长、流程复杂的问题，解决了困扰已久的难题。图六是系统自改造投运后1号炉脱硝A侧出NOX现场测量情况。

图一：1号炉脱硝系统自改造投运后A侧出NOX现场测量情况。

5、结语

河北大唐国际张家口热电公司脱硝CEMS分析仪取样方式优化改造达到了预期目的，两个关键指标：采样流量和反应室压力均满足现场实际需要，且Vacuum pump型号:ABX20-C，市场价200元左右，同类型可替代产品数量较多，故障大大减少，保证了脱硝NOx 测量的准确性， 对其他同类型机组具有重要的参考价值和指导意义。

参考文献：

[1]《火电厂烟气脱硝技术及工程应用》，孙克勤，2006；

[2]《电厂锅炉SCR烟气脱硝系统设计优化》赵宗让，2005。

作者简介：

郁志强（1990年），男，朔州市，本科双学历，助理工程师，自动化。

单位地址：河北省张家口市高新区南环路9号，河北大唐国际张家口热电有限责任公司邮编：075000。

联系方式：18632393379电子邮箱：315438297@qq.com

郁志祥（1993年），男，大同市，本科双学历，助理工程师，热能动力工程。