大型燃煤机组SCR反应器内烟气采样装置研究

孙 虹 华 伟 王卫群 黄治军 张 磊

（江苏方天电力技术有限公司，南京 211102）



大型燃煤机组SCR反应器内烟气采样装置研究

孙 虹 华 伟 王卫群 黄治军 张 磊

（江苏方天电力技术有限公司，南京 211102）

摘 要：传统烟气采样装置已经无法满足当前需求，实现大型燃煤机组SCR反应器内烟气采样装置的优化设计，以有效掌握烟气质量问题。本文主要对大型燃煤机组SCR反应器内烟气采样装置的设计问题进行探讨。

关键词：大型燃煤机组 SCR反应器 烟气采样装置

在大型燃煤机组SCR反应器出口中，NOx浓度分布相对来讲不均匀。因此，实施烟气排放连续监测系统单测点采样，检测结果具有较大误差，不能够对其实施有效的检测。为提高烟气采集检测质量，需要实施大型燃煤机组SCR反应器内烟气采样装置设计。

1 项目概况

一个完整的脱硝试验工况，需在反应器进出口烟道采集32点烟气样品进行测量，时间控制在30min以内。移动式自动切换快速取样烟气脱硝测试系统，用于现场烟气组分（NO/O2/CO）的快速取样测量和分析，主要由烟气取样装置、中间切换箱、烟气预处理及分析仪表等构成。整个烟气取样测试过程通过一台PC上位机进行操作控制。控制信号、试验数据信号通过硬接线和无线传输的方式连接至具有数据收发功能的中间数据采集控制器，然后经上位机进行数据处理、图表的绘制等工作，以快速完成脱硝反应器的进出口截面烟气参数的分析测量。

2 系统概念性说明及要求

为满足大型燃煤机组SCR反应器内的烟气采样需求，本次系统烟气取样自动切换分析系统设计，见图1。

图1 烟气取样自动切换分析系统示意

采样前端放置8组32根烟气取样枪，分别为2m、3m、4m、5m，用于采集样气。每个采样枪后端配置一个过滤系统，用于过滤粉尘。

32点统一汇总到取样切换箱。取样切换箱配有32个开关型电磁阀，每个进口烟气管路设1个开关型电磁阀。正常状态下，电磁阀处于关断状态。抽取某个就地烟气取样切换箱的烟气时，对应的电磁阀管路开通。32路轮流开启，设置时间每路不超过30s，轮流采样。

配置1套NO/O2/CO烟气分析仪和烟气预处理系统（O2顺磁、CO非色散红外、NO非色散红外），用于测量反应器出口低浓度NOx。此外，预处理上游烟道设1台流量较大的进口烟气取样泵（烟气流量34L/min）抽取烟气样品，泵出口设烟气旁路，接至分析仪的主路。

预处理单元内有部件适用于标准应用，所有预处理系统部件全部集成在一个坚固的铝合金手提箱中。装备有一个双级帕尔贴式除湿器，并配备专利产品射流式气体冷热交换器，能够在不依赖环境温度的条件下，迅速将采样气体降温到恒定的+5℃。当采样气体在除湿器降温作用下降低至+8℃时，隔膜抽气泵将自动启动，并开始抽取经除湿器降温后的采样气体。蠕动泵则能够连续排放冷凝液，以确保分析仪表在长期使用中不发生任何问题。与之搭配的过滤系统则由带有湿度警报系统的过滤类型进行操作，以此来控制气泵是否关闭。

最后，气体进入烟气分析仪进行数据采集。

3 仪器设备

3.1 设备组成

大型燃煤机组SCR反应器内，烟气采样装置的组成部分包括钛合金采样管、冷凝过滤系统、便携式智能烟气换流系统、便携式烟气预处理系统的示波器、多功能矢量滤波器、信号处理器、信号放大器/前置器、频谱分析仪、数字或模拟记录存储设备等，需要进行集成。

3.2 主要技术功能

3.2.1 钛合金采样管

本次采用钛合金，耐温800℃，耐腐蚀，适合长期采样；长度为1.5m×16根；3m×32根；内径为8mm；外径为12mm；前后接口尺寸为3/8″；前后螺纹接头全部采用全金属接头；所有采样管前后可螺纹对接，见图2所示。

图2 钛合金采样管

3.2.2 冷凝过滤系统

采用32路独立冷凝除尘系统，以保证烟气温度从350°迅速冷凝到常温。32路独立过滤系统，过滤精度2μm。

3.2.3 便携式智能烟气换流系统

以型号：GMS-800便携式智能烟气换流系统为例。便携式智能烟气换流系统避免了研究各处烟气成分时反复移动烟气输入管道，带给测试人员便利。而且，本机具备三个操作模式，即就地手动操作（MAN）、自动操作（AUTO）和远程操作（REM），使烟气换流系统更加智能化、人性化。此外，该仪器体积小巧，系统构成简单，是适合便携应用的新产品。

本机配有32路输入，1路输出，并且每个时间最多有1路通路。示意图见图3。

图3 便携式智能烟气换流系统

技术要求：（1）电源：220V；（2）接口：通讯接口，一进一出；（3）温度：0℃～65℃；（4）反冲洗承受压力：正压，0.5MPa；（5）CH1～CH32：共计32个通道，为32个位置的烟气入口，OUT口为烟气出口，能够同时满足下面四种检测模式，详情见图4。

图4 便携式智能烟气换流系统设计

3.2.4 便携式烟气预处理系统

PSS-6/3-P气体预处理单元装备有一个双极帕尔贴式除湿器，并配备专利产品射流式气体冷热交换器，能够在不依赖环境温度的条件下迅速将采样气体降温在恒定+5℃。当采样气体在除湿器降温作用下降低于+8℃时，隔膜抽气泵将自动启动，并开始抽取经除湿器降温后的采样气体。蠕动泵则能够连续排放冷凝液，确保分析仪表在长期使用中不发生任何问题。PSS-6/3中，装备有过滤精度为2μm的过滤器、0.1μm的精细过滤器和CLF-5气溶胶过滤器，以用来过滤样气中的杂质。

技术特点：

（1）德国M&C公司专利式压缩机式双级射流冷凝器，配备数显温度控制器，处理气体量大，可达300 Nl/h。

（2）冷凝量达144KJ/h，冷凝均匀，速度快，除湿效果好。

（3）采用2μm、0.1μm双级精细过滤器，除尘效率可达99.99%。

（4）大功率防腐蚀抽气泵，抽力可达9 L/min，可满足多点采样试验。

（5）专业的湿度报警控制器及自动连锁保护装置。

（6）适用于较高的环境温度，适合户外使用。

（7）15分钟的系统预热时间。

（8）紧凑的结构设计，轻便、安全、可靠，可与多种烟气分析仪结合使用。

技术参数：（1）抽力：9 L/min，压力范围：8mbar～1bar；（2）采样气体出口露点温度：工厂设置+5℃，0℃～20℃可调。射流式气体冷热交换器，能够在不依赖环境温度的条件下，迅速将采样气体降温在恒定+5℃；（3）采样气体入口温度：最高温度180℃，不锈钢穿板直通接头；（4）采样气体入口露点温度：最高温度80℃；（5）冷凝气体流量：最大300NL/hr；（6）环境温度：+5℃～+50℃；（7）存储温度：-25℃～+65℃，压力0.2bar～1.5bar；（8）除湿器功率：最大功率50W；ECM-2G双级帕尔贴除湿器，具有先进的除湿制冷功能；（9）除水效果：双级SR25.2蠕动泵除水，蠕动速率10r/m，能够将冷凝水更快排出；（10）湿度报警系统：采用LA1.4湿度报警器，LA1S湿度报警系统。如果冷凝

水无法达到入表要求，将自动切断抽气泵电源，从而更好地保护后续仪表；（11）过滤装置：仪器采用三级过滤（2μm滤器FP-2T、0.1μm过滤器FP-0.1GF以及气溶胶过滤器CLF-5，除酸雾效果达到99.9999%），保证采样气体的洁净，以确保不会损伤后续分析仪器。

4 结语

综上所述，通过以上改良设计，大型燃煤机组SCR反应器内烟气采集质量均得到显著改善，显著提高了烟气检测准确性，有助于促进大型燃煤机组的环保发展。

参考文献

[1]王卫群，贾涛，华伟，等.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）：22-25.

[2]顾卫荣，周明吉，马薇.燃煤烟气脱硝技术的研究进展[J].化工进展，2012，（9）：2084-2092.

[3]张敏，陈军.国内燃煤电厂氮氧化物的控制现状及其发展[J].四川化工，2009，（5）：44-52.

[4]孙坚荣.超临界燃煤机组烟气脱硝技术的应用比较[J].上海电力学院学报，2009，（5）：478-482，490.

Research on Flue Gas Sampling Device in SCR Reactor of Large Scale Coal Fired Power Plant

SUN Hong,HUA Wei,WANG Weiqun,HUANG Zhijun,ZHANG Lei
(Jiangsu Fa ngtian Power Technology Co. Lt d., Nanjing 211102)

Abstract:In the proces s of coordinated development of economy and environment, the government has paid more and more attention to the emission of coal-fire d units, the traditional flue gas sampling device has been unable to m eet the current dem and, so it is necessary t o realize the optimization design of flue gas sampli ng device in SCR reactor of large coal-fired units to effectively control the quality of flue gas. This paper discusses the design of the flue gas sampling device in the SCR reactor of large coal fired power plant.

Key words:Large coal-f ired units, SCR reactor, Fl ue gas sampling device