660MW超超臨界機(jī)組脫硝煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造

臧旭東

(望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州 215155)

0 引言

江蘇省是“酸雨控制區(qū)”中的重點(diǎn)省份，在《江蘇省“十一五”環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)規(guī)劃》中，明確提出了“嚴(yán)格控制新建火電廠氮氧化物排放”、“開展氮氧化物污染治理工作。燃煤火電廠采用低氮燃燒技術(shù)，研究開發(fā)和推廣清潔燃燒技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)”等工作目標(biāo)。脫硝是控制電廠氮氧化物排放的有效措施之一，因此，望亭發(fā)電廠#3，#4 660MW超超臨界燃煤機(jī)組新建時(shí)同步安裝了脫硝裝置，與此同時(shí)，安裝了煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS(Continuous Emission Monitoring System)，對(duì)脫硝前、后煙氣NOx等污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，通過分散控制系統(tǒng)DCS(Distributed Control System)對(duì)脫硝后煙氣NOx進(jìn)行閉環(huán)自動(dòng)控制，最后DCS將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS(Supervisory Information System)上傳到環(huán)保局和電力監(jiān)管辦公室。

由于直插式分析儀是新一代的分析儀表，維護(hù)量低，望亭發(fā)電廠#3，#4機(jī)組脫硝時(shí)在CEMS的前期使用中體現(xiàn)了響應(yīng)及時(shí)、無(wú)滯后、測(cè)量精度高的特點(diǎn)。隨著時(shí)間的推移，直插式分析儀不適應(yīng)性的問題開始逐漸凸現(xiàn)出來，主要是空氣預(yù)熱器的磨損及聲波吹灰器的頻繁使用，對(duì)2臺(tái)機(jī)組脫硝進(jìn)、出口NOx等污染物的測(cè)量產(chǎn)生了致命的影響，因此，不得不重新考慮信號(hào)測(cè)量方面的解決方案。

1 改造前脫硝NO x測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)狀

1．1 脫硝工藝

望亭發(fā)電廠660MW超超臨界機(jī)組脫硝工藝采用的是選擇性催化劑還原法SCR(Selective Catalytic Reduction)煙氣脫硝技術(shù)，“選擇性”的意思是指用噴氨有選擇地進(jìn)行還原反應(yīng)，在這里只選擇NOx進(jìn)行還原。基本反應(yīng)如下:

SCR裝置位置，位于鍋爐出口和空氣預(yù)熱器之間;溫度，300～400℃(是脫硝反應(yīng)的最佳溫度區(qū));壓力，微正壓;粉塵質(zhì)量濃度，30～50 g/m3;脫硝效率，＞80%;NH3逃逸控制范圍，＜2．5mg/m3。

工藝原理如圖1所示。

1．2 脫硝CEMS的配置

在脫硝系統(tǒng)中，CEMS主要有2種應(yīng)用，一是用于環(huán)保監(jiān)測(cè)，二是用于脫硝工藝控制。

一般來說，SCR，CEMS基本用途如下:

(1)氣態(tài)污染物分析系統(tǒng)。分析對(duì)象:NOx及O2。系統(tǒng)構(gòu)成:采樣探頭、采樣管線、樣品預(yù)處理單元、分析儀表。

(2)NH3濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。分析對(duì)象，NH3;系統(tǒng)構(gòu)成，探頭和中央控制單元。

1．3 NO x常見分析方法及測(cè)量原理

目前常用NOx的分析方法有稀釋法(稀釋比難以控制，誤差較大)、直接抽取法、直接測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量法3種。

NOx測(cè)量原理同SO2，測(cè)線方法為非分散紅外法(NDIR)，即化學(xué)熒光法，利用污染物分子吸收特征波長(zhǎng)的光，來區(qū)分不同種類的污染物，只是吸收的紅外線波長(zhǎng)不同:SO2為7．3μm，NOx為5．3μm。

該原理符合朗伯－比耳定律:光透過介質(zhì)的透光率(即透過光和入射光的強(qiáng)度比)與吸收光強(qiáng)度成冪指數(shù)下降。

O2測(cè)量一般采用電化學(xué)法即化學(xué)反應(yīng)方法進(jìn)行測(cè)量，化學(xué)能通過電極轉(zhuǎn)化為電能。

圖1 選擇性催化劑還原工藝原理

2 GM31直插式NO x分析儀的特點(diǎn)及存在的問題

2．1 直接測(cè)量法的特點(diǎn)

直接測(cè)量法是指分析儀直接安裝在煙道上，測(cè)量光可直接穿過煙道對(duì)被測(cè)量的煙氣進(jìn)行檢測(cè)。直接測(cè)量系統(tǒng)采用的分析原理主要是差分吸收光譜原理，對(duì)于不同波長(zhǎng)的光吸收來說，分子在有些波長(zhǎng)吸收能量，而在有些波長(zhǎng)則不吸收能量，但方法原理仍符合朗伯－比耳定律。

由于計(jì)算是通過吸收峰來進(jìn)行且由譜線的峰值和谷值來反映的，而粉塵只是對(duì)整條譜線起著衰減的效果。若粉塵密度太大，以至于發(fā)出的光回不來或衰減到一個(gè)極低的水平，那么，吸收譜線將不能分辨，所以這種測(cè)試方法不適用煙氣檢測(cè)。

直接測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，測(cè)量范圍和精度可以保證。

2．2 #3，#4機(jī)組NO x測(cè)量系統(tǒng)存在問題

由于#3，#4機(jī)組脫硝系統(tǒng)中NOx測(cè)量安裝點(diǎn)在省煤器出口及空氣預(yù)熱器入口，未經(jīng)過除塵，因此粉塵質(zhì)量濃度高達(dá)30～50 g/m3。安裝位置受限，只能將分析儀器安裝在非直管段。由于粉塵大，造成磨損嚴(yán)重，使探頭、探桿濾芯保護(hù)片運(yùn)行數(shù)月后就完全損壞，探頭測(cè)量時(shí)間不到半年就出現(xiàn)故障，無(wú)法繼續(xù)使用。雖然考慮過采取在煙道處加裝導(dǎo)流板、探頭加裝防磨層等措施，但仍無(wú)濟(jì)于事。

3 抽取式一拖一改造方案

3．1 直插式與抽取式兩者的比較

直插式分析儀是新一代分析儀表，它雖有響應(yīng)及時(shí)、無(wú)滯后的優(yōu)點(diǎn)，但它的缺點(diǎn)也很明顯:集成度高，一旦某一部件損壞則會(huì)使整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)癱瘓。

抽取式分析系統(tǒng)是老一代產(chǎn)品，使用廣泛，國(guó)內(nèi)大部分工程均采用抽取式分析系統(tǒng)，可適用于各種惡劣工況，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間慢(約55 s)、數(shù)據(jù)容易損失和維護(hù)量大，抽取式分析系統(tǒng)需要每日進(jìn)行巡檢，由于抽取式分析系統(tǒng)技術(shù)成熟，電廠有豐富的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

抽取式測(cè)量系統(tǒng)是分立式的，由于磨損及其他因素，需要考慮后續(xù)備品備件，費(fèi)用較高。光源是消耗品，使用壽命為1年，成本約1萬(wàn)元。抽取式測(cè)量系統(tǒng)對(duì)煙道的流場(chǎng)要求特別高，要有嚴(yán)格的、一定長(zhǎng)度的直管段，以避免煙塵對(duì)探頭的削切。

望亭發(fā)電廠技術(shù)人員經(jīng)過調(diào)查研究，反復(fù)比較，決定對(duì)#3，#4機(jī)組660MW超超臨界機(jī)組脫硝系統(tǒng)的NOx測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行抽取式改造，用抽取式分析儀表來代替直插式分析儀表。以磨損最為嚴(yán)重的脫硝入口NOx測(cè)量系統(tǒng)抽取式改造為例，介紹實(shí)施改造的具體過程。

3．2 抽取式系統(tǒng)改造方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，在現(xiàn)場(chǎng)為每套系統(tǒng)配置1個(gè)彩鋼板分析儀小屋，小屋位于取樣點(diǎn)附近，小屋內(nèi)部帶有照明、通風(fēng)扇、空調(diào)、進(jìn)線槽、配電箱、儀表空氣接入閥門及分析儀機(jī)柜。小屋外到取樣點(diǎn)應(yīng)有走線槽(取樣管線外置和探頭加熱電纜線)，取樣管線連接分析儀機(jī)柜和取樣探頭，取樣探頭旁邊有反吹掃儀表空氣閥門。抽取式系統(tǒng)改造方案具體布置如圖2所示(以西克麥哈克公司生產(chǎn)的抽取式測(cè)量系統(tǒng)為例)。

抽取式系統(tǒng)組成有采樣探頭、采樣管線、樣品預(yù)處理單元和分析儀表。

3．2．1 采樣探頭

采樣單元的作用是將煙道中氣體取出并輸送到預(yù)處理單元。在此期間不能發(fā)生堵塞和形成酸露，也不能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。

功能:過濾、加熱、反吹。

組成:略。

采樣探桿:?35mm不銹鋼管，伸進(jìn)煙道約1m處，樣氣通過此管進(jìn)入采樣器。

過濾器:過濾精度為3～5μm，煙道中塵埃絕大部分被擋在過濾器之外。

電加熱管:為防止采樣單元產(chǎn)生凝結(jié)水后影響測(cè)量準(zhǔn)確度而設(shè)置。電加熱溫度要求控制在180℃左右。

法蘭對(duì)接:采樣單元法蘭與工藝管口法蘭相對(duì)接，完成采樣單元安裝。3．2．2 采樣管線

采用電伴熱形式，中間樣氣管采用聚四氟乙烯耐腐蝕軟管。采樣管內(nèi)溫度控制在140～160℃，使得煙氣中的水以蒸汽狀態(tài)存在，防止水結(jié)露與SO2生成酸。

3．2．3 樣品預(yù)處理單元

樣品預(yù)處理單元主要是將煙道中的氣體按照分析儀器能夠接受的壓力、溫度、流量、含水量、含塵量及干凈程度進(jìn)行測(cè)量和處理，主要完成以下7項(xiàng)工作。

(1)樣品抽取。用取樣泵將煙道中氣體抽取，送至分析儀器測(cè)量NOx，O2的含量。

(2)汽水分離。樣氣溫度下降出現(xiàn)游離水，汽水分離器將氣、水分開，然后將水排出。

(3)冷凝除水。壓縮機(jī)制冷器除水，蠕動(dòng)泵排水。

(4)精密過濾。為了進(jìn)一步除塵，應(yīng)保證整個(gè)過濾精度在0．5μm以下。

(5)標(biāo)定。用標(biāo)準(zhǔn)氣體定期對(duì)分析儀進(jìn)行標(biāo)定，以保證測(cè)量精度。

(6)快速回流。在滿足儀器所需流量的情況下，為提高分析效果，減少滯后所采取的措施。

(7)流量調(diào)節(jié)。保證儀器的進(jìn)樣流量大于2 L/min。

3．2．4 吹掃單元

吹掃單元具有自動(dòng)定期氣體反吹系統(tǒng)功能，保證探頭清潔，防止探頭及管線堵塞。

(1)金屬固定支架外殼。將采樣單元各部件有機(jī)地連接在一起，以達(dá)到防雨、防塵之目的。

圖2 抽取式系統(tǒng)改造方案布置圖

(2)反吹系統(tǒng)。反吹系統(tǒng)由可編程邏輯控制器PLC(Programmable Logic Controller)進(jìn)行控制。

3．2．5 分析儀表

目前，CEMS分析儀表一般從國(guó)外原裝進(jìn)口，在國(guó)內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)集成。分析儀表均有零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)、量程漂移小、采用微流量傳感器、精度高、維護(hù)量小的特點(diǎn)，同時(shí)具有報(bào)警、出錯(cuò)提示、信號(hào)限制、泵維護(hù)、編碼信息、菜單式操作等功能，測(cè)量范圍和輸出信號(hào)均可調(diào)的性能。

3．3 抽取式系統(tǒng)的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

由于煙氣CEMS組成復(fù)雜、煙氣成分特殊，如果不進(jìn)行定期維護(hù)，很容易出現(xiàn)腐蝕、堵塞和數(shù)據(jù)漂移等問題，使整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)癱瘓，從而因環(huán)保監(jiān)管給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了確保脫硝CEMS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性，必須保證脫硝CEMS日常運(yùn)行的質(zhì)量，才能保證脫硝CEMS正常、穩(wěn)定運(yùn)行，持續(xù)提供有效的檢測(cè)數(shù)據(jù)，從而滿足環(huán)保部門的監(jiān)管要求。

CEMS的日常維護(hù)工作主要包括探頭濾芯，分析儀內(nèi)各種過濾器濾芯、分子篩、密封圈等易耗品應(yīng)定期更換;采樣管線及測(cè)點(diǎn)要定期反吹和檢查;應(yīng)經(jīng)常檢查冷凝裝置的工作情況;定期校驗(yàn)分析儀并確保標(biāo)氣始終在有效期內(nèi)使用。數(shù)據(jù)采集裝置和DCS歷史數(shù)據(jù)的檢查也要納入正常定期巡檢范圍之內(nèi)。一旦運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有問題，熱工人員要及時(shí)處理解決。

由于環(huán)保部門要求CEMS定期反吹時(shí)不允許將NOx信號(hào)顯示參數(shù)自動(dòng)閉鎖，所以，要通過控制邏輯實(shí)現(xiàn)如下功能，即在 CEMS定期反吹時(shí)，將控制CEMS出口NOx的噴氨自動(dòng)回路進(jìn)行輸出指令保持，以防止反吹掃期間因信號(hào)瞬間紊亂引起DCS控制失常。

另外，還需加強(qiáng)和CEMS廠家的經(jīng)常溝通和保持聯(lián)系，充分依托廠家的技術(shù)優(yōu)勢(shì)有利于系統(tǒng)的正常投運(yùn)。

4 結(jié)論

經(jīng)過脫硝CEMS的抽取式改造，徹底解決了原直插式的磨損問題，在維護(hù)人員的精心維護(hù)下，系統(tǒng)運(yùn)行正常至今。