大型火力发电机组NOx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 750410）

大型火力发电机组NOx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 750410）

针对目前大型火力发电机组普遍存在的NOx质量浓度在线测量值偏差大的问题进行了详细分析，通过进行NOx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。

NOx；测量偏差；精度；测点；优化

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NOx质量浓度测量准确性的要求变得更高。一方面，NOx质量浓度测量的准确性影响机组脱硝喷氨调节；另一方面，NOx质量浓度的测量直接涉及最终NOx的排放和脱硝电价的核算。可以说，NOx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［1－2］。但很多大型火力发电机组普遍存在烟囱出口与脱硝出口NOx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NOx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NOx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（SCR），垂直烟道3层设计，烟气取样设在下层SCR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800mm。烟囱出口NOx质量浓度的测量采用单点采样方式，布置在烟囱60m平台处。

脱硝SCR出口NOx烟气分析仪原理为微分红外法，量程为0～400mg／m3，精度为1%；烟囱出口NOx质量浓度测量采用红外光吸收法，量程为0～800mg／m3，精度为2%。测量系统具体结构如图1所示。

图1 环保测量机组系统

2 NOx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NOx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NOx质量浓度低而烟囱出口NOx质量浓度高的现象，俗称“NOx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NOx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SCR出口处NOx质量浓度场分布不均匀导致测点取样代表性差。锅炉脱硝SCR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25700mm×13800mm，烟道下端面尺寸为12500mm×10400mm，变径烟道的高度为8500mm，取样点设置下端面上1000mm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NOx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（CEMS）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NOx不稳定，单位时间内NOx质量浓度变化大（每秒可达16mg／m3左右）。脱硝出口NOx测点与脱硫烟囱出口NOx测点相距近300m，这样在2套测量系统上存在很大时间滞后，可能达到30 s。这样造成了炉内NOx质量浓度大幅度变化时，往往会导致脱硝SCR与烟囱出口NOx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SCR出口的NOx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 75—2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》及GB／T 16157—1996《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SCR反应器出口烟道用网格法布点，在100%额定负荷和50%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NOx和O2的质量浓度，并记录各项参数（如图2所示）。

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NOx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NOx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NOx质量浓度产生较大影响，同时尾部烟道内部结构的复杂性也在一定程度上影响了NOx质量浓度的分布。

（3）在对烟气NOx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。

图3 50%额定负荷下经O2修正后NOx质量浓度分布对比

图4 100%额定负荷下经O2修正后NOx质量浓度分布对比

4 解决对策

针对NOx测量存在的误差以及脱硝烟囱出口NOx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SCR烟气脱硝系统喷氨优化调整试验［3］。检查SCR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SCR反应器进、出口烟气中NOx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NOx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。优选在烟气流场稳定区域进行多点取样［4－6］。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。

图5 改进新型取样器

5 结论

（1）造成在线NOx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NOx分布不均匀，使烟气采样不具有代表性，造成脱硫脱硝NOx质量浓度的测量偏差与不匹配。

（2）在低NOx质量浓度下，分析仪表的测量精度与系统误差对NOx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SCR出口和烟气脱硫（FGD）出口分析仪表对NOx组分测量的方式和精度相同。

（3）通过SCR喷氨均匀性调整试验，确保SCR出口NOx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CEMS采集的烟气质量浓度更具有代表性，消除系统NOx质量浓度测量偏差和不匹配问题。

［1］朱法华，王圣，孙雪丽，等.氮氧化物控制技术在电力行业中的应用［J］.中国电力，2011，44（12）：55－59.

［2］黄东.火电行业氮氧化物控制技术经济分析［D］.南京：南京信息工程大学，2013.

［3］曹志勇，谭城军，李建中，等.燃煤锅炉SCR烟气脱硝系统喷氨优化调整试验［J］.中国电力，2011，44（11）：55－58.

［4］宋晓红，闫维明，陶志国，等.在线烟气氮氧化物浓度测量偏差原因分析［J］.热力发电，2013，42（2）：86－91.

［5］王卫群，贾涛，华伟.1000MW燃煤机组脱硝装置CEMS采样方式的改进措施［J］.电力科技与环保，2014（2）：26－29.

［6］方朝君，俞骏，周龙.SCR脱硝喷氨优化对NOx在线测量的影响分析［J］.电站系统工程，2015（4）：55－58.

（本文责编：弋洋）

TK 223.21

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1674－1951（2016）02－0074－03

舒茂龙（1982—），男，安徽黟县人，工程师，工学硕士，从事火力发电厂热工控制技术方面的工作（E-mail：pskysm l＠163.com）。

2015－11－27；

2016－02－16