摘 要：針(zhen)對電(dian)廠(chang)煙(yan)氣(qi)連續自(zi)動監測系統(tong)（CEMS）設(she)備運行中(zhong)出(chu)現的探(tan)頭(tou)被漿液(ye)堵塞和樣(yang)氣(qi)中(zhong)含水量大的問題，設(she)計了一種(zhong)適合在濕度大、含塵量大或(huo)含石膏漿液(ye)的煙(yan)氣(qi)中(zhong)有(you)效采集煙(yan)氣(qi)樣(yang)本的防堵采樣(yang)頭(tou)，可解決濕煙(yan)氣(qi)中(zhong)夾帶石膏漿液(ye)對取樣(yang)器的堵塞問題，采用(yong)的獨特的加(jia)熱方式，可減少水蒸氣(qi)進(jin)入樣(yang)氣(qi)中(zhong)，以滿足(zu)分析儀的工作要求。

徐光(guang)寶

（河北大(da)唐(tang)國際(ji)王灘(tan)發電有限責(ze)任公司，  河北  唐(tang)山(shan) 063011）

0 引言

    目前，我(wo)國電力工業的(de)能源結(jie)構(gou)主(zhu)要以燃(ran)煤為(wei)主(zhu)，以燃(ran)煤為(wei)主(zhu)的(de)電力工業的(de)高(gao)速發展將對我(wo)國的(de)資源和環(huan)境帶(dai)(dai)來巨大影響。我(wo)國火電廠排(pai)(pai)放的(de)二氧化硫占全(quan)國工業污染的(de)30%以上(shang)，排(pai)(pai)入(ru)大氣的(de)二氧化硫和氮氧化物(wu)與水汽結(jie)合生成硫酸(suan)和硝酸(suan)，隨降水落下形成酸(suan)雨(yu)(yu)，酸(suan)雨(yu)(yu)不僅危(wei)害農作(zuo)物(wu)的(de)生長，還會腐蝕建筑、金屬物(wu)等，給國民(min)經濟和人民(min)健康帶(dai)(dai)來巨大損害。

    面對(dui)嚴(yan)峻(jun)的環(huan)境(jing)污染(ran)形勢，國(guo)家對(dui)環(huan)境(jing)保護的力度(du)不斷加大，強(qiang)化了(le)對(dui)脫(tuo)硫設(she)施運行的監(jian)管：燃煤電(dian)(dian)廠建設(she)脫(tuo)硫設(she)施時(shi)，必須安裝煙氣(qi)自動在線監(jian)測(ce)系(xi)統，并與省級(ji)環(huan)保部(bu)門和省級(ji)及(ji)以上(shang)電(dian)(dian)網企(qi)業(ye)聯網，向省級(ji)環(huan)保部(bu)門和省級(ji)電(dian)(dian)網企(qi)業(ye)實時(shi)傳送監(jian)測(ce)數據。因此對(dui)電(dian)(dian)廠煙氣(qi)連續自動監(jian)測(ce)系(xi)統（CEMS）設(she)備運行的可靠(kao)性要求也越來(lai)越高。

1 王灘發電公司脫硫系統CEMS

1.1  整(zheng)體結(jie)構

    王灘發電(dian)公司2臺(tai)600MW機(ji)組采用(yong)濕式(shi)石灰石脫硫，與機(ji)組同步投產，煙氣連續(xu)自動監(jian)測系(xi)統(tong)（CEMS）采用(yong)美(mei)國熱(re)電(dian)公司的(de)200L型稀(xi)釋系(xi)統(tong)，其分析系(xi)統(tong)結構如(ru)圖1所示。

圖(tu)1  200L型煙氣連(lian)續自動監測系統

1.2  稀(xi)釋(shi)采樣探頭結構(gou)和原理

稀釋采樣探頭(tou)的(de)內部結構如圖2所示(shi)。

圖(tu)2  稀釋采樣探頭內部(bu)結(jie)構(gou)

      稀釋探頭的主要功(gong)能是從煙道內采(cai)集并(bing)稀釋煙氣，再(zai)把稀釋后樣(yang)氣傳送到分析儀(yi)。

      大約5L/min的(de)干燥空(kong)(kong)氣(qi)通過(guo)稀釋空(kong)(kong)氣(qi)管(guan)流(liu)經(jing)真空(kong)(kong)泵噴嘴進入文(wen)丘(qiu)里(li)管(guan)，當高壓(ya)空(kong)(kong)氣(qi)流(liu)經(jing)噴嘴時(shi)會在(zai)連接到臨界小(xiao)(xiao)孔(kong)(kong)低壓(ya)端的(de)氣(qi)室中產生真空(kong)(kong)，在(zai)真空(kong)(kong)作用下，煙道內煙氣(qi)通過(guo)第1級(ji)粗過(guo)濾(lv)器和(he)第2級(ji)石英棉(mian)精細過(guo)濾(lv)器后(hou)，經(jing)臨界小(xiao)(xiao)孔(kong)(kong)傳(chuan)送到文(wen)丘(qiu)里(li)管(guan)的(de)出(chu)口，在(zai)這里(li)煙道煙氣(qi)與潔凈的(de)空(kong)(kong)氣(qi)混合并被(bei)稀釋。稀釋后(hou)的(de)正壓(ya)樣(yang)氣(qi)通過(guo)無需(xu)加熱(re)的(de)樣(yang)氣(qi)管(guan)傳(chuan)送到分析(xi)儀。

      在(zai)稀(xi)(xi)釋(shi)采樣探(tan)頭內部(bu)最重(zhong)要的(de)(de)部(bu)件是臨界小(xiao)孔(kong)，臨界小(xiao)孔(kong)的(de)(de)直(zhi)徑遠遠大于孔(kong)的(de)(de)長(chang)度。當小(xiao)孔(kong)兩端的(de)(de)壓力(li)差大于0.46倍以上時，氣(qi)(qi)體流(liu)經小(xiao)孔(kong)的(de)(de)速度只(zhi)取決于氣(qi)(qi)體分子(zi)流(liu)經小(xiao)孔(kong)時的(de)(de)振動(dong)速度（即(ji)音速），而與小(xiao)孔(kong)兩端的(de)(de)壓力(li)變化(hua)基本(ben)無關，即(ji)產(chan)生(sheng)恒流(liu)。該(gai)小(xiao)孔(kong)產(chan)生(sheng)的(de)(de)恒流(liu)把煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)的(de)(de)采樣流(liu)量限制在(zai)50ml/min(或(huo)100ml/min)，可保證(zheng)煙(yan)(yan)道(dao)氣(qi)(qi)和(he)真空泵(beng)噴嘴(zui)來的(de)(de)5L/min的(de)(de)干燥且(qie)干凈(jing)的(de)(de)空氣(qi)(qi)混合后產(chan)生(sheng)穩定(ding)的(de)(de)稀(xi)(xi)釋(shi)比。一(yi)般(ban)脫硫系統選100:1的(de)(de)稀(xi)(xi)釋(shi)比，對(dui)于臨界小(xiao)孔(kong)，100:1的(de)(de)稀(xi)(xi)釋(shi)比對(dui)應的(de)(de)是50ml/min的(de)(de)小(xiao)孔(kong)。

2 脫硫系統濕(shi)煙氣(qi)取(qu)樣裝(zhuang)置優(you)化設計(ji)

2.1 CEMS存在的主要問題

       （1）凈(jing)煙氣(qi)采(cai)樣探(tan)頭(tou)所處環境非常惡(e)劣，煙氣(qi)中濕(shi)度大(da)，在流動的(de)煙氣(qi)中夾帶(dai)漿液，頻繁污(wu)染(ran)和堵塞(sai)采(cai)樣探(tan)頭(tou)，有時(shi)一兩天就(jiu)發生一次。探(tan)頭(tou)污(wu)染(ran)后,需要用超(chao)聲波清(qing)洗，污(wu)染(ran)嚴(yan)重(zhong)時(shi)整個稀(xi)釋探(tan)頭(tou)就(jiu)報廢了(le)。清(qing)洗后的(de)探(tan)頭(tou)安裝后，系統需重(zhong)新標定，在CEMS維護(hu)和校驗期間(jian)影(ying)響脫硫效(xiao)率的(de)計算。

       （2）CEMS稀釋取樣管處(chu)于(yu)煙(yan)道中，受煙(yan)氣腐蝕，元件損壞率高(gao)，維護費用高(gao)。這其中最突出的問題(ti)(ti)是(shi)CEMS探(tan)頭被漿液堵塞和樣氣中含水量大的問題(ti)(ti)。

      由于(yu)臨(lin)(lin)界小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)孔(kong)(kong)的(de)孔(kong)(kong)徑僅為(wei)零(ling)點(dian)幾毫(hao)米，通過小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)孔(kong)(kong)的(de)煙氣(qi)必(bi)須干(gan)凈，且含水(shui)率小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)于(yu)9.8%。而煙氣(qi)分析儀要求(qiu)稀釋后(hou)的(de)樣(yang)氣(qi)含水(shui)率不大于(yu)0.1%；否則(ze)，運行后(hou)很短(duan)時間就會出現2方面問(wen)題，一方面煙氣(qi)含塵量大，濾(lv)網過濾(lv)失效(xiao)，導致臨(lin)(lin)界小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)孔(kong)(kong)堵(du)塞(sai)；另一方面臨(lin)(lin)界小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)孔(kong)(kong)前室中充滿(man)水(shui)。這2種(zhong)情況都將導致采樣(yang)無(wu)法進行，必(bi)須進行臨(lin)(lin)界小(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)孔(kong)(kong)超聲(sheng)清(qing)洗、干(gan)燥、系統標定等諸多維護項目。

      電廠濕(shi)(shi)式石(shi)灰石(shi)脫硫(liu)系(xi)統(tong)中，如果沒有安裝(zhuang)凈煙氣(qi)(qi)(qi)加(jia)熱裝(zhuang)置（GGH），則凈煙氣(qi)(qi)(qi)中濕(shi)(shi)度非常(chang)大(da)，經常(chang)達到相對濕(shi)(shi)度為(wei)(wei)99%，且煙氣(qi)(qi)(qi)中夾帶石(shi)膏漿(jiang)(jiang)液(ye)(ye)，因此(ci)經常(chang)發(fa)生取樣(yang)管堵塞。針對這(zhe)種情況，有的生產廠家在采樣(yang)頭(tou)入口(kou)處加(jia)裝(zhuang)加(jia)熱裝(zhuang)置，雖然(ran)提高(gao)了樣(yang)氣(qi)(qi)(qi)溫度，但是(shi)煙氣(qi)(qi)(qi)中的含(han)水(shui)(shui)率和漿(jiang)(jiang)液(ye)(ye)含(han)量(liang)并未降低(di)。因此(ci)，CEMS探(tan)頭(tou)被漿(jiang)(jiang)液(ye)(ye)堵塞和樣(yang)氣(qi)(qi)(qi)中含(han)水(shui)(shui)量(liang)大(da)的問(wen)題(ti)一直困(kun)擾(rao)著(zhu)許多(duo)電廠，成為(wei)(wei)脫硫(liu)系(xi)統(tong)參數測(ce)量(liang)的技術難題(ti)。

2.2 CEMS參數(shu)測量問題解決(jue)方案

      為(wei)了解決CEMS設(she)備要求與電廠實(shi)際情況(kuang)之(zhi)間的(de)矛(mao)盾，經(jing)仔細(xi)調(diao)查研究(jiu)，設(she)計了在濕度大(da)、含(han)塵量大(da)或含(han)石(shi)膏漿液的(de)煙氣中能有效采集煙氣樣本的(de)防堵采樣頭(tou)。其原理如圖3所示(shi)。

圖3 新型防堵除濕(shi)采樣(yang)頭原理

      該(gai)裝置安裝在原有采樣(yang)管前端，包括2個(ge)部分：防堵裝置、除濕加(jia)熱裝置。

（1）防堵裝置(zhi)：在采樣(yang)頭(tou)的(de)前端裝有彎頭(tou)和上下兩(liang)個(ge)帶傾角(jiao)的(de)防堵擋(dang)板，目的(de)是(shi)(shi)減少(shao)樣(yang)氣中夾帶的(de)漿(jiang)液(ye)通(tong)(tong)過，彎頭(tou)斜(xie)對(dui)著煙氣流向，使得煙氣灌進(jin)防堵裝置(zhi)內，經(jing)過2級擋(dang)板阻隔，將漿(jiang)液(ye)留下，煙氣通(tong)(tong)過后，進(jin)入加熱裝置(zhi)。內部的(de)取樣(yang)管是(shi)(shi)斷開的(de)，目的(de)是(shi)(shi)防止(zhi)混入的(de)漿(jiang)液(ye)直接進(jin)入樣(yang)氣中。

（2）除(chu)濕加(jia)(jia)熱裝置：除(chu)濕加(jia)(jia)熱裝置是經(jing)過特(te)別設(she)計的(de)雙套(tao)筒結構(gou)，濕煙氣(qi)到達加(jia)(jia)熱器(qi)后，經(jing)耐腐材料加(jia)(jia)熱器(qi)加(jia)(jia)熱，溫(wen)度控制在(zai)(zai)200℃左右，氣(qi)體經(jing)加(jia)(jia)熱自由膨脹后，由內套(tao)管(guan)(guan)擴(kuo)散到整個內外(wai)套(tao)管(guan)(guan)的(de)空(kong)間內，外(wai)套(tao)管(guan)(guan)與管(guan)(guan)外(wai)溫(wen)度較低（約50℃）的(de)流動(dong)煙氣(qi)接觸，將煙氣(qi)中的(de)水(shui)蒸氣(qi)凝(ning)結成(cheng)水(shui)，聚(ju)集(ji)在(zai)(zai)外(wai)套(tao)管(guan)(guan)底(di)部，由底(di)部排水(shui)孔排出(chu)。內套(tao)管(guan)(guan)的(de)作用是讓膨脹的(de)加(jia)(jia)熱氣(qi)體擴(kuo)散，同時防止外(wai)套(tao)管(guan)(guan)凝(ning)結的(de)水(shui)進(jin)入內套(tao)管(guan)(guan)。

     煙氣(qi)取(qu)樣管(guan)的入(ru)口在螺旋加熱管(guan)內部，其中的氣(qi)體(ti)相(xiang)對濕度(du)最(zui)小(xiao)，就能保證取(qu)出的樣品氣(qi)中的含(han)水(shui)量較低，滿足CEMS系統采集的煙氣(qi)含(han)水(shui)率小(xiao)于9.8%的要求。

該裝置在安裝制作(zuo)上有如下要求：

（1）如果要提高(gao)檢測靈敏度，可(ke)在外套管背流面中間偏下30°左(zuo)右開(kai)2個(ge)的(de)小(xiao)孔(kong)（直(zhi)徑(jing)約為6厘米(mi)）

（2）該(gai)裝(zhuang)置要(yao)保證采(cai)樣(yang)(yang)口垂直向下，或將取樣(yang)(yang)裝(zhuang)置在水(shui)平煙道的頂部垂直向下安裝(zhuang)，保證裝(zhuang)置有積液自排功能。

（3）在加(jia)工制作(zuo)上(shang)，可設(she)計成內外套筒(tong)組裝(zhuang)結構，方便(bian)更(geng)換加(jia)熱器以及清洗內外套筒(tong)的(de)內壁。材(cai)(cai)料可選用優質耐(nai)酸鋼材(cai)(cai)加(jia)工。

3 結語(yu)

通過煙氣(qi)(qi)取(qu)樣裝置優化設(she)(she)計，可解決(jue)濕煙氣(qi)(qi)中(zhong)夾(jia)帶(dai)石膏漿液(ye)對取(qu)樣器的(de)堵塞問題，獨特的(de)加熱方式，降低了(le)(le)樣氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)煙氣(qi)(qi)相對濕度，以滿足分析儀的(de)工作要(yao)求(qiu)。該問題的(de)解決(jue)，有(you)助于電廠(chang)煙氣(qi)(qi)連續(xu)自動監(jian)測系統穩(wen)定可靠(kao)運(yun)行(xing)，對電廠(chang)煙氣(qi)(qi)污染物排放(fang)進行(xing)連續(xu)有(you)效的(de)監(jian)測，為運(yun)行(xing)人(ren)員提供準確的(de)監(jian)控信息，使(shi)脫硫系統設(she)(she)備(bei)在經(jing)濟(ji)、有(you)效的(de)工況下(xia)運(yun)行(xing)。同時延(yan)長了(le)(le)設(she)(she)備(bei)維(wei)護(hu)周期，大大減輕設(she)(she)備(bei)維(wei)護(hu)人(ren)員的(de)工作量，減少備(bei)品備(bei)件和標氣(qi)(qi)的(de)消耗量，經(jing)濟(ji)效益顯著。