脱硝出口矩阵式分区同步测量装置的开发与研究

中电华创（苏州）电力技术研究有限公司 顾涤枫 陈小强 王德华 陶小宇 吴成年

我国经济在过去几十年取得了飞速的发展，但与之同时也带来了许多问题，其中包括氮氧化物(NOx)排放引起的环境污染问题。目前我国燃煤电厂的发电量仍约占国内发电总量的75%，因此燃煤电厂产生的NOx排放量在我国NOx排放总量中仍占比很大，严格控制燃煤电厂的NOx排放势在必行，也正是基于此我国近年来不断提高燃煤电厂NOx的排放标准。中国对燃煤电厂的超低排放限值与美国（2011年5月3日后新、扩建）、欧盟燃煤电厂最严格的排放限值（mg/m3）分别为：颗粒物（烟尘）10或5/12.3/10；SO235/136.1/150；NOx50/95.3/150。

可以看出，与美国《新建污染源的性能标准》（NSPS，New Source Performance Standard）中最严排放限值（适用于2011年5月3日以后新、扩建机组，美国排放标准中以单位发电量的污染物排放水平表示，为便于比较将其进行了折算）相比，中国超低排放限值更加严格，其中NOx限值仅为美国排放标准52%。与欧盟2010/75/EU《工业排放综合污染预防与控制指令》（Directive on industrial emissions（integrated pollution prevention and control））中最严排放限值（适用于300MW以上新建机组）相比，其中NOx仅为欧盟排放标准的33%。可见中国目前实施的超低排放限值明显严于美国、欧盟现行排放标准限值。并且，中国超低排放限值符合率的评判标准为小时浓度，而美国排放标准限值的评判标准为30天滚动平均值，欧盟排放标准限值的评判标准为日历月均值。因此，从评判方法来说中国的标准也比美国和欧盟的都要更苛刻。

1 现状分析

目前火电厂脱硝的方式一般都采用SCR方式，即选择性催化还原反应法，SCR脱硝系统是在省煤器出口催化剂入口前喷入氨气、利用催化剂将烟气中的NOx转化为氮气和水。由于烟道的截面积大，烟气分布与喷氨之间的比例不均而使催化剂层入口处的氨氮摩尔比不均匀，SCR系统NOx脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOx反应。由于目前执行的是超净排放的标准，脱硝的标准为50mg/m3，在烟气的NOx气体中主要包含95%的NO及5%NO2，在通常的设计中，使用液态无水氨或尿素水解后产生的氨气，然后氨和稀释空气或烟气混合，最后利用喷氨格栅将其喷入SCR反应器上游的烟气中[1]。

在SCR反应器内，NO通过以下反应被还原：4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O；6NO+ 4NH3→5N2+6H2O，当烟气中有氧气时反应第一式优先进行，因此氨消耗量与NO还原量有一对一的关系。同时在锅炉的烟气中，NO2一般约占总NOx浓度的5%，NO2参与的反应为：2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O；6NO2+8NH3→7N2+12H2O。

SCR系统NOx脱除效率通常很高，喷入到烟气中的氨几乎完全和NOx反应。如果烟道内总体或局部的氨氮摩尔比不均匀，氨浓度过高时则会导致小部分氨不反应而是作为氨逃逸离开了反应器。逃逸的氨气和通过催化剂层的层后的SO3发生反应产生硫酸氢铵反应方程式为SO3+H2O+NH3→NH4HSO4，硫酸氢铵在空预器的低温段长期沉积，会造成空预器的堵塞，轻则会提高空预器的阻力、降低机组的效率，严重时甚至会造成机组停运。

湖北大别山电厂一期2×640MW工程2005年开工建设，2008年投入运行。电厂位于麻城市西南面中馆驿镇四化岗，距麻城市区约13.5km，东距京九铁路麻城站约8km。麻城市位于湖北省东北部的大别山中段南麓，京九铁路的中段，西南距武汉市131km，地处鄂、豫、皖三省交界处，地跨东经114°40’～115°28’，北纬30°52’～31°36’。省内东南西三面接罗田县、黄州市、新洲县和红安县。脱硝系统自机组投产以来使用效果一直欠佳，经调研分析，燃煤电厂脱硝系统普遍存在以下问题：SCR出口NO数据波动较大，以NO3监测数据为依据进行喷氨调节，调节性能差且氨逃逸率高，易引起空预器堵塞，同时SCR出口NOx和总排口NOx数据差别较大，影响环保数据上传。

基于以上问题，脱硝系统存在着以下优化方向：通过流场测试和流场优化，改善烟道出口流场的不均匀的问题；增加对烟道出口NOx区域截面的测量手段，根据测量结果，通过调平各区域内氨氮摩尔比，确保各烟道出口分区NOx的均匀，以达到减少氨逃逸量的目的；优化喷氨自动控制的策略，提高脱硝控制自动的精准性和可靠性。其中，为保障烟道内各区域的氨氮摩尔比能够调整均匀，必须要掌握烟道内的NOx的分布情况

随着逐年提高的NOx排放标准，原有单点CEMS测量和粗放式的喷氨控制方式已越来越难以满足需求。为达到严格的排放标准电厂往往会过量喷氨，而过量喷氨导致氨逃逸量不断增加，进而带来了硫酸氢铵在空预器中、低温段的大量生成，进而造成空预器阻力过快增大的问题。这轻则导致空预器的吹扫频次增加、风机电耗增加等问题；对于一些烟气含硫量高的电厂则更会造成跳机的严重安全事故。正是意识到的这一问题，近年来一些厂家和科研院所开始研究和推广分区NOx测量和精细化的喷氨控制技术。

在项目之初实地调研了目前市场上应用较多的几种NOx分区测量技术的实施案例。总体来说，这些厂家通过几年的积累、改进和优化，目前在NOx分区测量上都有独到的见解和可取之处，但问题依然存在，如分区的合理性、测量的准确性和长期运行的稳定性方面或多或少的存在着问题。

2 项目意义

通过项目前期的调研和研究发现，虽然近年投运了一些NOx分区测量系统，但尚未有哪款产品真正能达到较好的实际投运效果，甚至很多分区测量系统在投运后就因这种那种的故障无法正常运行。另一方面，随着日益提高的氮化物排放标准而产生的日益严重的氨逃逸问题，又让我们迫切需要有一个方案合理、长期稳定可靠的NOx分区测量系统。

2.1 存在问题

面对国家越来越严格的氮化物排放标准，最初单纯通过低氮燃烧技术已不能满足要求，烟气脱硝成为氮化物控制的关键技术，其中又以选择性催化还原法（SCR）在大型燃煤电厂应用最为广泛。

当前脱硝控制仍以喷氨总量控制为主。而SCR入口和出口NOx浓度具有非线性、时滞性和变化快的特点，在粗犷型的喷氨总量控制手段下出口NOx浓度波动很大，为保证NOx不超限，往往会按低于环保标准较大的安全余量来控制喷氨，这就造成了很多时候喷氨量过大，浪费了大量的氨，更导致了很高的氨逃逸浓度。喷氨总量控制只有一个调节阀，在SCR入口NOx浓度分布不均、催化剂性能偏差较大或导流板布置不合理导致流场不均时，会造成出口NOx浓度分布偏差大，这进一步造成了氨逃逸量的增加。

以上原因造成目前国内机组普遍过量喷氨。HJ 562-2010《火电厂烟气脱硝工程技术规范 选择性催化还原法》中建议氨逃逸浓度小于2.5mg/Nm3，而在当下超低排放的要求下，根据实测有些机组的实际氨逃逸量已经到达了10mg/Nm3。过量喷氨导致高浓度的氨逃逸会与反应器后部烟道内工艺流程中产生的SO3发生反应，形成大量的硫酸氢铵等盐类沉淀在锅炉尾部更远区域，这已经越来越严重到了一些机组的正常运行。

2.2 解决方案

上述问题，严格的超低排放要求只是诱因，归根结底是落后的测量技术导致的结果。目前，虽然很多电厂在SCR出口安装了NOx的CEMS系统（单点连续测量系统），但单点测量不能反映烟道上NOx浓度的分布、及浓度分布的较大差异，因此无法实现精准有效的喷氨控制。这几年逐步有科研院所和一些厂家提出了NOx分区测量的方案，但高精度、高可靠性、且采样点有实用价值的NOx分区测量系统的实现远比单点NOx测量复杂，它涉及到很多技术上的难点，截至目前尚未发现哪家的方案能很好的克服这些难点。

为推动更先进的NOx分区测量，针对NOx分区测量技术做了重点技术攻关，以期能实实现一种更好的NOx分区测量系统。这个系统需达到以下要求：科学的分区划分、更具代表性的采样点布置；更稳健、可靠的实现NOx浓度的实时分区测量；测量结果准确、及时，能为分区喷氨提供可靠而具时效性的后馈依据；自我监控功能，出现异常能发出报警，以免造成错误的喷氨指导；系统的整体造价、施工难度控制在一个合理范围内；在分区测量系统，但是要实现系统的低维护量和易维护性。从目前投运状况来看，我们的NOx分区测量系统达到了预期的设计目标、很多方面填补了行业的空白。

2.3 方案确立

通过项目前期的信息收集、现场调研和与众多专家、厂家的技术研讨，最终逐步确立了系统需要实现的目标和各部分的技术细节：采样方式。单烟道9点矩阵分区采样；实时/不实时测量。实现分区样气的实时测量；分析仪表选择。基于化学发光法仪表；样气处理方式。音速小孔恒流稀释。

3 系统介绍

系统架构与组成。本NOx矩阵分区同步测量系统可分为以下组成部分：矩阵网格采样装置、样气处理系统、系统控制、人机操作界面、零气发生装置。

3.1 系统运行逻辑

我们的NOx矩阵分区同步测量系统有测量、反吹、标定和调试四种模式。

测量&反吹。系统启动测量程序后，会根据系统的设置自动完成测量和反吹程序。在操作界面内可设置反吹的频次，即完成多少次巡测周期后进行一次反吹。反吹完成后系统又继续进行测量；在处于测量状态下，当一侧在进行混合或逐点巡测时，另一侧处于混合置换模式。这样在完成一侧的测量后，另一侧管路内的样气处于完成置换状态，可以立即开始测量；混合和单点测量时长可在系统操作界面内设置，一般建议设置25～45s；反吹时，双侧同时进行。顺序依次是混合反吹、A+B侧逐点分区反吹。反吹的时长、模式也可通过操作界面对应的参数进行设置。

标定模式。通过操作界面可进行标定操作。标定开始后将停止测量，标定完成后重新启动测量程序开始测量。关于标定的操作和设置等，详见操作界面章节。

调试模式。系统提供调试模式，以方便在设备调试、维护和故障检查时提供更多的管理手段。调试模式下操作人员可实现点动测量、点动反吹、甚至控制每个执行元件的独立或组合运行。

3.2 矩阵网格采样装置

本系统的矩阵分区采样装置的安装位置如图1所示。采样装置包含预装在烟道内的多组滑轨总成及其固定吊装支架与前后端固定支架、多组可抽出带前置非对称惯性过滤器的集成采样管、多组采样盒等。图2为一组采样装置的结构示意图（1采样管总成，2滑轨总成，3吊装支架，4斜面支架，5烟道固定端支架，6采样盒）。

图1 矩阵网格采样装置安装 位置图

图2 采样装置示意图（其中1组）

为实现单烟道9点矩阵分区（3×3布置），并获得的分区样气能真正反映SCR出口位置NOx在二维分布上的分布情况，同时考虑后期使用过程中的低维护量和易维护性，本系统的采样装置在设计、制造、验证等过程中都进行了全面而充分的考虑。

3.2.1 实现大跨度上的采样

利用最下层的SCR催化剂结构作为滑轨吊装支架的固定点，实现了在烟道内不额外架设结构件即可为滑轨在中间提供多个托举点，因此能实现大跨度烟道截面上的分区采样（本次实施项目烟道跨度10米，按此设计能胜任更大跨度烟道的分区采样）。组合拼接式的采样管通过几处C型的槽位限制其与滑轨上下与左右自由度，但不限制前后，因此可在滑轨上自由滑动，同时滑轨亦能为其提供支撑，使其能实现烟道深处的采样。同时组合拼接的采样管和滑轨结构也大大降低了施工难度&工作量，并减少了所需操作的平台空间。另外，考虑大跨度结构在巨大温差下的冷、热收缩/膨胀，滑轨和采样管都只在烟道壁一侧固定，另一侧与中间仅做托举和限制左右限位。

3.2.2 低维护量设计

不同于以往NOx单点测量系统，多分区、尤其是矩阵分区的系统结构和控制系统的复杂程度都大大增加，从而如何降低在日常运行过程的维护量是必须考虑的因素之一。项目前期的调研显示，通过架设粗钢管、利用烟道自然压差的方式进行大跨度分区取样时，因为钢管水平段的倾角有限，取样管堵塞严重，因此无法满足长期运行的需要，因此该方案不予考虑。采用的方案为使用采样管前置过滤器来对烟气进行一次过滤，以避免烟气中的粉尘颗粒进入样气管路而造成堵塞。

传统带前置过滤器的采样杆一般使用死端过滤的方式，细小的粉尘颗粒随烟气的流动方向与过滤表面成法向，运行过程中颗粒物会慢慢进入过滤层内部进而造成堵塞。为改善堵塞的问题，目前更常见的做法是在过滤器的烟气上游方向加遮罩结构，该结构大部分情况下能延缓堵塞的趋势，但有时反而会造成遮罩下粉尘的积聚，且一段时间后完全结垢固化。另外，传统的前置过滤器需要配合反吹程序来减缓堵塞的趋势，且探杆需定期从烟道抽出去除过滤器的结垢并做清洗[3]。

分区测量的采样点是以往单点测量的许多倍（如本项目双侧烟道18个采样点、而传统CEMS仅一个采样点），因此如果使用传统前置过滤器结构，采样装置定期维护的工装量非常巨大。为此借鉴其它行业的成功经验，使用惯性过滤的过滤器结构，并采用非对称滤芯技术。

3.2.3 易维护性设计

虽然在采样装置的低维护量、甚至希望达到免维护做了很多工作和努力，但对本系统采样管的易维护性仍做了充分考虑，做到了机组运行过程中仍能对采样管部分抽出维护和重新安装。对于跨烟道的分区采样目前仅我们能做到，并且实际投运后操作效果很好。

最远端的采样点位置距SCR出口平台烟道壁8.3米，为实现采样探杆能在机组运行条件下仍能进行抽出和插入操作，创造性地设计了滑轨结构。滑轨采用模块化拼接式设计，方便安装和调整并具有足够的结构强度。滑轨在安装完成后，为同样是模块拼接式的采样杆提供滑槽结构进行限位、同时起支撑作用，因此轻量化的采样管总成便可以实现机组运行时的插入或抽出操作。为使插拔采样杆的操作更简单、易操作，在采样管总成的设计上也进行了充分考虑。

3.2.4 采样管总成的设计理念

因为有滑轨做支撑，在考虑长期耐用性的前提下对采样管进行了轻量化的设计。单组采样管重量＜80kg（8.5米，含3个取样点），使得操作起来更轻巧；烟道内环境苛刻，SCR出口位置温度高达300多度。为避免滑轨或采样管因高温产生变形或扭矩后难以拔出或插入，把拼接式的采样管设计成柔性连接，这样即使变形产生，也不会造成采样管与滑轨卡槽卡死现象。

为避免滑轨上积灰后采样管滑动困难，把滑轨和采样管总成的接触做成了棱边与棱边法向接触，即滑轨滑槽两条凸起的棱边和采样管连接法兰上的凸起棱边接触；线性分区测量仅能获得烟道壁附近点的NOx浓度，而烟道壁和烟道中心区域NOx浓度本身就存在很大差异，因此采用矩阵网格的分区划分。

3.2.5 采样截面位置的选择

烟道在SCR出口位置后都会收缩截面，为更好反映出分区上NOx浓度的分布，采样截面需尽可能的贴近SCR最下一层的催化剂层，即避免后段截面收缩后烟气混合导致分区的测量结果和分区喷氨的联动性下降。

图3为一种典型的SCR烟道结构（也是本项目实施的SCR烟道结构），通常采用网格采样的厂家为减小采样装置（不可维护的固定采样管）在烟道内的跨度，会把采样管布置在位置2（SCR出口后尽量向下的位置）、甚至有的会在位置1位置布置。这两个位置上从催化剂层出来的烟气因烟道截面收缩，会部分或完全混合，因此造成测量分区上的烟气和喷氨分区的联动性变差。

图3 SCR烟道结构及采样装置布置截面

图4 基于CFD的单分区喷氨模拟

为最大程度的避免以上问题，我们的采样装置做到了尽可能贴近最下一层SCR催化剂层（距催化剂底面仅0.8米，在10米跨度的烟道上采样装置跨度做到9.8米）。这也是得益于采样装置的固定方式（滑轨通过吊装支架固定与催化剂层横梁）。

3.2.6 分区的划分

在确定完分区方式（矩阵网格）和采样截面位置后，下一步是如何在该截面上合理划分分区和确定采样点的具体位置。基于优化后的分区喷氨格栅的布置，通过CFD软件模拟单区喷氨后通过导流板、多层催化剂层后在NH3在NOx采样截面上的浓度分布状况，从而可获得与喷氨分区联动性最佳的NOx分区划分。基于上面CFD分析，获得了合理的分区划分[2]。

3.2.7 采样点的布置

在确定各分区采样点的位置上主要考虑因素如下：采样点位于与对应喷氨分区联动性最强区域，即单区喷氨模拟中NH3浓度最高区域；同组的三个采样点处于同一直线上，以便同组采样点公用一组采样结构；考虑烟道内、外已有设施和结构的避让，且因靠近最下一层催化剂层，采样口避免在催化剂层横梁正下方。最终的各分区采样点布置如图5。本系统的矩阵网格采样装置具有多项独创设计，具有很高的创新性和实用性，已提交知识产权申报4项，并且安装和实际投运效果各方面都取得了很好的反馈。

图5 各分区采样点位置

3.3 样气处理系统

本系统的样气处理系统是指从采样装置样气管路出口至样气进入仪器分析之前的所有管路和处理部件的统称，其中包括高温伴热管路、样气高温轮切阀、样气稀释单元三大部分。

3.3.1 高温伴热管路

在本系统中，高温伴热管路把样气从采样装置出口输送至高温轮切阀前端的管路，同时其也是作为实时分区测量各个分区样气暂存的空间。通过计算和实测，本项目设计的各分区在伴热带中暂存的样气体积为1.7L～2.3L，可满足单点测量时长1.5分钟左右的用气量。高温伴热管路用以暂存样气的设计具有以下优势：

NOx分析仪表位于控制小室，从采样点至小室天然具有一定长度。把高温伴热管路用作样气暂存，刚好可以把轮切阀和稀释单元置于分析仪表附近，这样大大缩短了稀释混合气至仪表的距离，进而缩短了分区巡测所需的时间；高温伴热管内的样气管等径，样气进入后具有先进先出特性，因此不需额外的样气置换时间，也缩短了分区巡测的时间。另外不需要额外的盘管用于暂存样气，也就不需增加额外的加热和温控器件来对这些盘管进行加热和温度控制，降低了系统的复杂程度。

此外，因为双侧烟道共分18个分区，如采用标准伴热带（单根伴热带只有一根样气管路）则有18根伴热管路，不但成本高而且会有18路加热和温控，这大大增加了系统的复杂程度和失效的可能性，为此开发了一种集成式的高温伴热管路,该方案使用集成式高温伴热管，单侧烟道的9路样气管路集成于一根伴热带内。内置两根60W/m的恒功率加热带做冗余，即一根出现故障时另一根仍可满足温度要求，因此寿命更持久、维护量更小。同时集成的设计还简化了施工和使得现场更简洁整齐。在本系统中伴热带的设定温度为150℃，较高的伴热温度可避免硫酸氢铵的形成进而堵塞管路、同时可以防止被测NOx的析出而影响测量的准确性。

3.3.2 样气高温轮切阀

对于NOx的分区测量系统，各分区样气需通过某种轮切装置依次输送给仪表进行测量。为不影响测量精度和提高巡测速度，轮切装置需要满足两点：切换后尽可能少的死区空间。切换后如果存在较大的死区空间，死区中残存的其它样气会污染当前分区的样气。置换掉这些残存的样气需要时间和一定量的暂存样气，这增加了单点测量的时间，同时也会增加了对暂存样气体积的要求；耐高温、耐腐蚀、耐长期使用。样气在被稀释之前，为避免硫酸氢铵的产生造成管路堵塞和水气冷凝造成NOx浓度变化，所有样气经过的管路需做到全程伴热，因此轮切阀需满足在此温度下长期使用。另外，系统投运后轮切阀需频繁运行来切换分区样气，因此其需具有足够耐磨性和长期使用的可靠性。

为满足以上要求开发了一种新型无切换死区且耐高温的样气轮切阀。该轮切阀的核心部件为紧贴配合的两块上下阀芯。下阀芯为氧化铝陶瓷材质，配合面经过高精度抛光以减少对上阀芯的磨损。上阀芯材质为石墨耐磨&减摩强化PEEK（PEEK具有耐高温、自润滑，并且耐腐蚀、耐老化特性；石墨的添加更提高了其耐温性能，并且石墨是天然的固体润滑剂，可进一步提高PEEK的耐磨性和降低其摩擦系数）。轮切阀阀体外围带铝伴热罐，可对阀芯和阀内部的气路进行加热和温度控制。

该高温轮切阀的上下阀芯配合和相互关系：下阀芯加工有一半圆槽；上阀芯圆心处和外围共加工有10个通孔，外围的9个通孔为各分区样气入口，中心处孔为样气通过轮切后至下游管路的出口。当下阀芯在伺服电机转动的作用下把半圆槽导通上阀芯的任意两个孔，则对应分区的样气导通；当下阀芯的半圆槽一端处于上阀芯外围无孔位置，则对应全关闭状态；气缸在电磁阀作用下拉下连动轴，则上下阀芯脱开，这时候轮切阀处于所有分区导通状态，即样气混合状态。在投运之前，两组轮切阀在伴热150℃条件下，独立进行了10万次循环（2年实际使用）的加速耐久测试，测试完气密性测试显示其仍能满足实际使用要求。

3.3.3 稀释单元总成

经过伴热管路暂存、轮切阀切换后，指定分区的样气被抽入稀释单元和零气进行恒定比例的稀释，稀释后的样气至分析仪进行测量。稀释单元是采用稀释法测量最为核心的部件，其稀释精度和稳定性很大程度上决定了整个系统的测量精度和稳定性。稀释单元总成包括过滤组件和限流&稀释组件，以及周边接头等元件。其中关键的限流&稀释组件包括两部分组成：

音速小孔。又叫音速临界小孔。它的原理是当压差超过某一数值(称为临界压差，烟气临界压差为43.6kPa)时，流体通过孔板缩孔处的流速达到音速，这时无论压差如何增加，流经孔板的流量将维持在恒定数值而不再增加。稀释法的样气处理方式正是基于以上原理，通过零气压力的稳压控制，即可实现被抽取样气与稀释气（零气）以固有比例的稀释。本系统采用石英材质的音速小孔，它具有耐高温、耐磨损、光洁不易沾污的优点，且锥形渐变内孔能在高速、高热样气通过时避免扰流的产生而加速磨损小孔端口，进而影响稀释比精度和稳定性。

稀释射流泵。稀释法是基于音速小孔的原理，而实现恒比例稀释的前提是小孔两侧压差＞43.6kPa。因此稀释单元射流泵抽样的真空度表征着稀释单元性能优劣和长期可靠性的重要指标。真空度越高，在抵消一定的烟道负压后，稀释单元仍有较大的余量去避免过滤器阻力、样气管路管阻等造成稀释比的变化。

经过多代稀释单元的改进和优化设计，目前的稀释单元在实现1:100稀释下抽样负压能普遍达到-50.8kPa，相比赛默飞的PRO2001WHP稀释探头达到的-47kPa具有接近4kPa的负压优势，这对于前端管路很长的NOx分区测量意义尤为重大。

3.4 系统控制

本系统控制部分基于西门子1200系列PLC为控制核心，包括了为实现测量、反吹、标定和调试所有的对底层控制元器件和传感器的控制、同NOx分析仪Thermo 42i的通讯以进行测量值的读取和仪表参数的修改、与基于Window开发的操作界面的通讯和基于ModBus协议与DCS通讯等。

本系统控制部分的核心部分在于实现对样气准确、可靠的分区测量的控制和监控，包括对样气管路的温度控制、压力监控（抽样负压监控、稀释负压监控、零气压力监控等）、样气引流流量控制、分区样气的轮切控制等，它的合理、有效并且长期稳定是决定系统是否能精确、长期稳定工作的基础。

3.5 零气发生器

对于气体分析系统，零气是进入分析仪后测量值为零的气体，零气不能含有待测成分或干扰待测成分浓度的物质。稀释法NOx测量系统的零气发生器用以产生不影响NOx测量浓度的零气，一是做为稀释单元的稀释气，此外标定时作为零点标定气体直接进入仪表。为配套NOx分区测量系统开发了一款插箱上架式的NOx零气发生器（AT 2075S-N），如图6。

图6 零气发生器内部结构图

零气发生器具有以下特点：内置一款无热膜式干燥机，输出零气露点可低至-60℃，且无氟、无振动和排热问题。全进口干燥机，性能稳定可靠且维护周期长（5年更换）；通过分级过滤，前端+精滤+油雾去除提高输入气源的气体质量并保护干燥机，成分去除罐后端再次精滤从而实现最终高洁净零气的输出；配置NOx去除剂，有效去除大气中的NOx对测量产生的背景误差；插箱上架式结构可集成于系统控制柜内，节约了控制小室有限的空间；面板带露点指示和压力显示，对系统状态一目了然。且设计细节充分考虑易维护性，如插箱免拔管和上盖快拆设计；自有开发产品，可大大降低后期电厂配件和维护费用。

4 实施效果

本NOx矩阵分区测量系统于2020年5月在大别山电厂#2机组完成安装和调试工作，并投入实际的运行。NOx矩阵分区测量系统的正常投运解决了烟道内无法对各区域出口的NOx分布情况进行有效地监控。在测量系统初始投入时，测得的分区数据见图7。分别截取不同时间段的各分区测量状况，可得出以下结论：各分区之间确实存在区域间不平均的情况，而A侧分区的不平均度比较明显；不同工况及负荷段时各区域之间虽然不平均度有所变化，但各区域测量值不平均的情况基本不变，NOx大的区域一直偏大，说明测量值的真实性，也反映了工况在大幅变动时体现出同步测量的效果。

图7 NOx矩阵分区测量系统分区调整前数据

根据分区测量的结果简单对手动喷氨调阀进行调节后，各区域的不平均度有了大幅的下降（图8）。调整后A/B侧各分区的不平均度均大幅下降。A侧不平均度由调整前最高的0.92降为0.25，B侧的不平均度由调整前的1.21降低为0.28。烟道内各区域的不平均度大大降低。

图8 NOx矩阵分区测量系统分区调整后数据

5 结语

本次开发的NOx分区测量装置，既满足了对烟道网格式的测量，同时也保证测量的烟气是机组运行中相同时间段的数据。该测量装置运行稳定可靠、测量数据准确、维护量小。该装置的投用作为烟道分区喷氨调整的依据，配合分区手动或自动喷氨阀的调整，有效保证了烟道内的均匀喷氨，从而降低了氨逃逸和硫酸氢铵的产生，提高了机组运行的经济性和安全性。

由于此次分区测量装置的开发是华创作为设备的设计和开发，在安装和调试过程中不断地进行优化和改进提高，目前该装置已正常投用3个多月，测量的精确度和可靠性得到了验证。由于是首次开发，因此也存在安装构建的设计过于保守、安装件过于庞大的问题，不利于结构和成本的优化，因此在后续的装置开发和改进中会不断地进行优化和改进工作。

后续展望：由于本次的分区测量装置只限于出口NOx的分区测量，而在实际的脱硝运行中也存在这样一种情况，就是脱硝催化剂层的失效问题，如果该区域内的催化剂层失效，则该区域的出口NOx会大幅增加，同时也伴随该区域的氨逃逸量大幅增加。如果只测量该区域的NOx，就无法准确判断该区域的催化剂层的完好程度，基于该问题的思考，提出了在区域NOx测量的同时也对该区域的氨逃逸量进行测量，通过NOx含量与氨逃逸量的对应关系表征该区域的催化剂层的健康状况，从而最大程度上保证脱硝系统安全经济的投入使用。