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某燃机电厂SO2分析装置改造解析
时间:2019-02-27 09:28:57

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本文主要从SO2测量装置的取样方式和测量原理两个方面分析了某燃机电厂CEMS系统中SO2检测装置的问题,并针对这两个问题提出了改进方案并实施了改造,改造后彻底消除了SO2假超排问题,对其他燃机电厂脱硫设备选型和改造有借鉴意义。

关键词:SO2;测量;改造

1 引言

华能某燃机电厂是我国西南第一座大型燃气轮机发电机组,余热锅炉由东方日立锅炉有限公司生产,型号为BHDB-M701F4-Q。 余 热 锅 炉 封 闭布置,型式为三压、再热、无补燃、卧式、自然循环余热锅炉。锅炉由进口过渡烟道、进口烟道、换热室、出口烟道及烟囱组成,并在炉膛内装设脱硝设备。

脱硝检测装置为岛津烟气排放连续监测系统,采用完全抽取法,可以连续在线监测颗粒物的浓度、二氧化硫浓度、氮氧化合物浓度、氧气含量、烟气温度、烟气压力、烟气流速。其控制计算机可以将所测到的数据进行处理和存贮,可以通过网络与上级环保部门的计算机连接,环保部门可以方便、快捷地调用监测数据。企业内部可以通过局域网根据访问权限对数据库进行操作,如读取数据、修改状态参数甚至对系统进行直接操作。

由于采用直接抽取法测量烟气中的污染物浓度,系统可以用标准气对分析仪进行在线校准,保证监测数据的正确性,气体分析采用的是非分散红外吸收法。

2 测量存在的问题

2.1 SO2连续监测仪介绍

2.1.1 完全抽取方式

用气体采样探头采集到待检测的样品气体,通过气体探头内的初级过滤器,先除去比较大的灰尘。此时如果过滤器上附有水分,过滤器马上会被堵塞,同时使 SO2气体溶解损失,为此预先将进入的待测气体加热到约180℃以避免。

另外,在测定所含 SO2、NOx气体成分时,为了使从采样探头到主机机箱间的导管内不出现水份,也必须进行加热,然后把待测样品气体导入到主机机箱。

2.1.2 非分散红外吸收法原理

利用在波长范围2.5~12μm由异种原子构成的分子气体固有的吸收特性,这个波长范围有分子固有的振动现象,分子振动在分子固有波长引起光谱的吸收,除了惰性气体或 N2,H2,O2等元素气体之外,大部分的气体分子都有自己固有的吸收光谱线,红外光在样品池被吸收,吸收的定量关系与朗伯 / 比耳定律一致。

2.2 目前 SO2测量弊端

因华能某燃机电厂余热锅炉烟气 SO2含量测量装置采用的是红外线测量法,不完全燃烧的甲烷会对测量结果造成干扰,造成测量偏差很大。

由于甲烷干扰造成燃机启机时候 SO2测量值大大超过实际值问题,每次启机初期都要面对 SO2超标的负面影响,使某电厂背负了很大的环保压力,而且由于采用完全抽取方式,对长距离传输中介质的稳定性很难长期满足,也直接影响测量稳定性。所以根据目前 SO2测量装置弊端对 SO2测量装置进行改造,采用不会被干扰气体影响的 SO2测量装置以及采用更加合理的抽气方式,达到准确测量的要求。

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图1 改造前 SO2检测装置测量效果

3 改造方案

3.1 方案介绍

3.1.1 稀释法简介

稀释系统采用独特的现场样品预处理的气体采集方式。在采样探头顶部,通过一个音速小孔进行采样,并用干燥的仪表空气在探头内部进行稀释。样品气进入分析仪之前由冷凝器对样品进行除湿处理,样品气经过稀释后(稀释比通常选择在1 :50至1 :250之间),更加有效地降低了样品的露点温度,使之低于安装地的环境最低温度,从而避免了样品气在环境温度下产生结露的现象。

由于干基稀释探头无需采样后除湿设备,因而无需增加购置除湿设备的成本及其维护费用。稀释法可以彻底避免样品气在采样管线中冷凝结水,这样就无需加热气体传输管线并可避免许多与其他采样技术伴随而来的麻烦。

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图 2 系统简图

3.1.1.1稀释法的特点

稀释系统大大提高了系统的可靠率,降低了系统运营和维护成本 ;连续测量 SO2浓度,SO2排放量及烟气浓度等参数 ;采用探头内瞬间稀释技术,彻底消除冷凝水影响,无需跟踪加热采样管线 ;稀释后烟气含水量被降低到露点以下,采样管无需加热或保温,彻底避免因为结露而对仪器产生的可能损坏 ;解决了烟气含尘量高而引起的堵塞问题。

烟气采样流速只是直接采样系统的五十分之一到百分之一,相应烟气中含尘量也只是五十分之一到百分之一。采用从采样探头开始的全系统动态校准,不仅针对稀释系统,同样针对直接采样系统。从而保证系统的准确性,而非仪器的准确性。

3.1.1.2 稀释采样系统

探头所有暴露在烟气中的部分,采用的是耐热、耐蚀、耐磨损的铝铬镍合金和石英玻璃材料。铝铬镍合金耐温可达600℃,并且此材质有效避免了其他金属材质在脱硫系统中可能出现的腐蚀情况,具有准确测量、避免探头在烟气中被腐蚀等特点。

探头滤芯采用玻璃纤维惰性材质,过滤孔径为0.1微米。探头配备了反吹电磁阀,可切换现场反吹仪表气为探头进行反吹。探头采用文丘里管抽气,经加压的纯净气体用于驱动喷射泵或驱动气动抽气器。一定体积的压缩空气通过尖喷嘴吹进文丘里管,造成真空。

稀释系统的采样管线由四根聚四氟乙烯管组成,其中两根分别用于往采样探头输送校准气和稀释空气,一根用于往各种分析仪器输送稀释后的烟气样品,另一根用于向探头提供吹扫气。所有采样管线除真空管线外都是正压,从而避免了由气体泄漏所引入的误差。

稀释采样法在样品的采集和传输过程中,不象非稀释采样法那样需要采样泵及若干个流量控制阀,从而减低了购买和运行维护成本,而且减少了故障隐患。

3.1.2 紫外荧光简介

紫外光为光谱的一种,就是利用不同波段的电磁波对不同的能级进行激发,通过吸收光的波长对环境的官能团进行判断。现阶段紫外经常和荧光一起用,判断物质的共轭,这个波段里发生的是分子中电子能级的跃迁,在对应的波长频段下,一部分能量被分子吸收,使得分子中电子发生跃迁,表现在图谱上就是吸收峰的升高。

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图3 脉冲荧光法原理图

紫外有一个特点就是检测限比较低,所以很多分析仪器的检测器都是紫外检测器,和它配套的就是荧光,很多存在紫外吸收的都有荧光,因为电子吸收能量之后跃迁到激发态,这个状态是不稳定的,会回到相对稳定的基态,在这个过程中将会放出能量,这个能量可能以光的形式发射出去。

3.2 改造技术措施

取样探头采取稀释采样法,必需采用原装进口探头和进口音速小孔确保稀释比例。

SO2分析仪取样管线从探头至分析仪表不允许单个采样管线内部拼接。对于需要加热的取样管线,所有加热采样管线应具有自我调温功能,外套管能消除天气变化对测量的影响。

SO2分析仪应具有自诊断功能。这些诊断功至少包括检测源和探头失效、超量程和采样流量不够等的检测,并具有主要部件故障报警功能。

SO2分析仪应具有量程自动切换及单位换算功能,如将 mg/Nm3换算成 ppm。

SO2分析仪系统至少能满足90天运行不需要非日常维修的要求。

所有与烟气接触的探头应满足脱硫系统及机组各种运行工况下连续、可靠、稳定运行的要求,所有安装在净烟气烟道内采样系统部件应采用1.4529或具有同等耐腐蚀材质采样头、也同样能在这些条件下正常连续运行。

3.3 SO2分析仪要求参数标准

量程 ( 高 / 低 ) :250mg/Nm3~2.5mg/Nm3;最低检测限 :0.005mg/Nm3(达到 ppb 级别);零飘 :1% 量程 / 年 ;全幅漂移 :1% 量程 / 年 ;采样方法 :稀释采样法 ;分析方法 :脉冲紫外荧光法 ;精确度 :1% ;线性度 :1% ;反应时间 :80s。

3.4 SO2分析仪电源要求

额定电压 :220VAC ;允许偏差 :-10%~+10% ;额定频率 :50Hz。

接地 :SO2分析仪系统各设备的接地,按接地规范进行。所有设备均应有安全接地措施。当某个设备安全接地不可能时,设备都应双重绝缘,以防止电击伤害。所有信号应设有信号接地,信号接地统一接至专用接地端子排,然后接入接地极。

电气保护 :SO2分析仪系统具备电压、电流、断电等保护措施。

3.5 改造效果

改造后余热锅炉烟气 SO2含量测量装置采用紫外荧光测量法,排除了不完全燃烧的甲烷对测量结果造成干扰,而且由于采用稀释法抽取方式,长距离传输中介质的稳定性得到了满足,此次改造后节省了维护成本,设备可靠性也大大提高。

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图4 改造后 SO2检测装置测量效果

4 结论

紫外荧光技术极大地改善了红外测量法对甲烷光谱的误识别,使其测量准确性得到了极大提高。事实上在当前环保要求越来越高的环境下,目前各大发电厂特别是环保型燃机电厂都十分关注环保测量准确性,着眼于如何让提高测量准确性、全面提升燃机电厂自动化水平,减少燃机发电厂生产环保压力,燃机电厂 SO2测量装置改造的实施无疑对其他同类型的燃机电厂有一定的借鉴意义。


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