基于火電機(jī)組脫硫系統(tǒng)在線測(cè)量裝置的安裝、維護(hù)與管理

鄭璐 張國志

（內(nèi)蒙古赤峰市元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司熱控分公司內(nèi)蒙古赤峰024070）

0 引言

火力發(fā)電廠是利用煤、石油、天然氣作為燃料生產(chǎn)電能的工廠，是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍。不可否定的是，火電廠燃燒后排出的大量煙氣對(duì)人的生存環(huán)境造成越來越嚴(yán)重的影響，其排入大氣中的某些成分，如CO2、NOX、H2O等氣體，加強(qiáng)了溫室效應(yīng)。這要求我們?cè)谔岣呋痣娂夹g(shù)的方向上更要著重考慮電力對(duì)環(huán)境的影響。國家為了實(shí)現(xiàn)煙氣各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)控，評(píng)估企業(yè)排放對(duì)環(huán)境的影響，出臺(tái)了火電廠的強(qiáng)制性排放標(biāo)準(zhǔn)。絕大部分火電廠采用濕式脫硫，火電廠煙氣脫硫、脫氮系統(tǒng)的測(cè)量儀表對(duì)于監(jiān)視和控制整個(gè)工藝過程至關(guān)重要，濕式脫硫在工藝上較復(fù)雜，大量的火電機(jī)組在煙氣系統(tǒng)原煙氣和凈煙氣側(cè)安裝煙氣在線測(cè)量（CEMS）系統(tǒng)，指導(dǎo)整個(gè)工藝過程，并實(shí)現(xiàn)煙氣排放的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 煙氣測(cè)量設(shè)備

1.1 設(shè)備安裝

單機(jī)裝機(jī)容量較大的機(jī)組通常設(shè)計(jì)兩條原煙氣通道和凈煙氣通道，鍋爐的原煙氣經(jīng)由兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)分別送入脫硫吸收塔。原煙氣的在線測(cè)量裝置安裝方式有兩種，一種為分別安裝在兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)入口的兩個(gè)獨(dú)立煙道上，另一種是安裝在兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)出口的混合煙道上（即吸收塔的原煙氣入口處）。這兩種測(cè)量方式從經(jīng)驗(yàn)值比較，在兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)入口的獨(dú)立通道上分別安裝原煙氣測(cè)量裝置科學(xué)，能夠分別反映兩條通道的煙氣含量指標(biāo)。在兩臺(tái)增壓風(fēng)機(jī)出口的混合通道上安裝一臺(tái)測(cè)量裝置，雖然節(jié)省了資金，但最大的弊端是煙道內(nèi)部介質(zhì)正壓，對(duì)測(cè)量設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，尤其是對(duì)激光測(cè)塵儀損壞更大，噴出的煙氣直接與鏡頭接觸，大大縮短了其使用壽命。另外，測(cè)量位置也較難確定，測(cè)量值不能真實(shí)反映原煙氣的煙氣指標(biāo)。

凈煙氣測(cè)量設(shè)備也基本采用兩種安裝方式，一種是在吸收塔出口兩側(cè)的兩個(gè)獨(dú)立的凈煙道上各安裝一套，分別監(jiān)視左右兩側(cè)的煙氣參數(shù)；另一種是在煙囪的30米標(biāo)高處只安裝一套，對(duì)混合后的煙氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)。早期投運(yùn)的脫硫系統(tǒng)，為便于安裝和利于隔離檢修，絕大部分采用第一種測(cè)量方式，即將測(cè)量設(shè)備安裝在煙囪兩側(cè)的水平凈煙道上，隨著脫硫技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，為滿足環(huán)保部門監(jiān)測(cè)的需要，近期投運(yùn)的脫硫系統(tǒng)均采用第二種測(cè)量方式，搭設(shè)專用檢修平臺(tái)和走梯，將監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在煙囪上，該方式既節(jié)約了成本，又提高了測(cè)量的可靠性，與第一種相比更為合理。需要特別指出的是：無論何種安裝方式，測(cè)量筒通常安裝在風(fēng)道的兩側(cè)，位置最好高于風(fēng)道的平行中心線，并有5-10O左右的向上傾斜，濕式脫硫在機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間，風(fēng)道內(nèi)將留存大量的漿液凝固物，造成風(fēng)道中心線上移，測(cè)量取樣桶有一定的傾斜也不容易造成測(cè)點(diǎn)堵塞。

1.2 測(cè)量設(shè)備的工作過程及原理

CEMS測(cè)量設(shè)備的工作過程（見下圖）及原理：

煙氣經(jīng)過采樣探頭和電加熱管線由采樣泵抽取至分析儀儀表柜。采樣探頭是由取樣探桿、過濾器（碳化硅陶瓷2μm孔隙）、加熱裝置、溫控器組成；取樣管線是由PTFE樣氣管、伴熱帶、保溫層及外防護(hù)層組成。采用K型熱電偶測(cè)溫通過溫控器控制加熱溫度。為了保證從取樣點(diǎn)到分析儀儀表柜傳輸樣氣過程中不出現(xiàn)樣氣冷凝現(xiàn)象，避免SO2損失，取樣探頭及取樣管線均采用加熱方式，溫度設(shè)定為80-100℃（在探頭溫控器及取樣管溫控器上設(shè)置）。樣氣過濾主要通過探頭過濾器（2μm孔隙）、分析柜內(nèi)通用過濾器、保護(hù)過濾器來完成。樣氣進(jìn)入分析儀儀表柜，通過壓縮機(jī)冷凝器來對(duì)樣氣進(jìn)行快速冷凝，經(jīng)過冷凝器后的樣氣將滿足分析儀的進(jìn)氣要求。冷凝器的控制溫度設(shè)定在5℃±2℃。當(dāng)冷凝器制冷溫度不在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，將輸出報(bào)警信號(hào)，停止采樣泵工作，以避免濕樣氣進(jìn)入分析儀，從而對(duì)分析儀造成污染。冷凝出樣氣中的水，由蠕動(dòng)泵排出。正常情況下，氣體分析儀應(yīng)處于測(cè)量狀態(tài)，通過紅外法檢測(cè)煙氣中SO2和NOX的濃度。但氣體分析儀也需要定期校準(zhǔn)。系統(tǒng)校準(zhǔn)分為二部分，即零點(diǎn)校準(zhǔn)和量程校準(zhǔn)。零點(diǎn)校準(zhǔn)：零點(diǎn)不需要外部干預(yù)，當(dāng)分析儀進(jìn)入零點(diǎn)氣（即空氣）校準(zhǔn)時(shí)，PLC控制三通閥動(dòng)作，這時(shí)采樣泵抽取的是環(huán)境空氣，零點(diǎn)校準(zhǔn)結(jié)束，兩通電磁閥動(dòng)作，這時(shí)采樣泵抽取的是樣品氣，以置換原來管路中的零點(diǎn)氣（即空氣）。當(dāng)零點(diǎn)校準(zhǔn)結(jié)束時(shí)，將不會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)。量程校準(zhǔn)：在進(jìn)行量程校準(zhǔn)時(shí)，要先在儀器屏幕上選擇量程校準(zhǔn)菜單，這時(shí)PLC將控制三通閥和相應(yīng)的兩通閥動(dòng)作，再緩慢打開標(biāo)準(zhǔn)氣瓶上的減壓閥，并觀察浮子流量計(jì)的指示，調(diào)整減壓閥，使通入量程氣流量在1-2升/分鐘；如果分析儀讀數(shù)穩(wěn)定后的數(shù)值與氣瓶標(biāo)定讀數(shù)誤差超過10%，應(yīng)啟動(dòng)分析儀的校準(zhǔn)功能，消除量程漂移。在上位機(jī)上操作結(jié)束量程校準(zhǔn)，量程校準(zhǔn)數(shù)據(jù)將自動(dòng)存儲(chǔ)，關(guān)閉氣瓶減壓閥，校準(zhǔn)完畢。

2 測(cè)量密度計(jì)

2.1 密度計(jì)的安裝

脫硫系統(tǒng)有一個(gè)重要指標(biāo)是吸收塔的石膏漿液密度。密度的測(cè)量通常有兩種方式。一種是直接測(cè)量方式，一種是間接測(cè)量方式。直接測(cè)量方式是漿液直接流經(jīng)密度計(jì)，由密度計(jì)本身計(jì)算出實(shí)際的密度值。此測(cè)量方式的缺點(diǎn)是：所需成本較高，安裝相對(duì)復(fù)雜，需要接引專門的測(cè)量管線，同時(shí)必須充分考慮應(yīng)力的影響，防止出現(xiàn)漏泄；優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，回路簡單，由密度計(jì)直接計(jì)算出密度值，并可在就地和遠(yuǎn)方同時(shí)顯示。間接測(cè)量方式是通過測(cè)量吸收塔底部液位的高度差來計(jì)算實(shí)際的漿液密度，即在吸收塔底部兩個(gè)不同的標(biāo)高處各安裝一臺(tái)壓力變送器（通常取一米的高度差），由壓力變送器測(cè)量出兩個(gè)取樣點(diǎn)處的壓強(qiáng)值，并將該壓強(qiáng)值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號(hào)送入DCS，在DCS內(nèi)部再進(jìn)行運(yùn)算，得出最終的漿液密度值。此測(cè)量方式的缺點(diǎn)是：測(cè)量回路相對(duì)復(fù)雜，精度較低，取樣點(diǎn)處容易堵塞，需要經(jīng)常沖洗。優(yōu)點(diǎn)是:成本較低，安裝方便，對(duì)周圍環(huán)境要求不高，使用壽命長。

2.2 密度計(jì)的工作過程及原理

直接測(cè)量方式通常采用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量液體的密度，其工作過程較為簡單:漿液由循環(huán)泵出口母管引出，經(jīng)手動(dòng)門后，引入質(zhì)量流量計(jì)內(nèi)部，質(zhì)量流量計(jì)出口再與吸收塔頂部連接，漿液直接排入吸收塔內(nèi)部。計(jì)算公式為，其中，ρ為吸收塔漿液密度，m為漿液質(zhì)量，v為漿液體積，其原理為：密度是單位體積內(nèi)的質(zhì)量，同樣的體積，不同的質(zhì)量，對(duì)應(yīng)的密度也不同。間接測(cè)量方式是通過測(cè)量吸收塔底部的液位高度差來計(jì)算漿液密度，計(jì)算公式為，其中，ρ為吸收塔漿液密度，P1為下部壓力變送器測(cè)量值，P2為上部壓力變送器測(cè)量值，g為常數(shù)（即重力加速度），h為兩變送器之間的高度差。其測(cè)量原理為：當(dāng)液體的高度差一定，其產(chǎn)生的壓強(qiáng)與密度成正比，這種測(cè)量方式切記將取樣點(diǎn)和攪拌器有較好的配合，防止取樣點(diǎn)堵塞，并且需要加裝反沖洗裝置，進(jìn)行定期沖洗，充分保證取樣點(diǎn)暢通。

3 測(cè)量設(shè)備的維護(hù)管理

脫硫煙氣在線設(shè)備和密度計(jì)安裝在有腐蝕性的區(qū)域，特別是凈煙氣側(cè)取樣裝置，安裝點(diǎn)腐蝕性較強(qiáng)，伴隨5-8米的煙氣流速，提高設(shè)備在線可靠性，定期維護(hù)保養(yǎng)尤為重要。常規(guī)煙氣測(cè)量將進(jìn)行如SO2、NOX、O2的監(jiān)測(cè)，解決取樣管線堵塞問題是維護(hù)的關(guān)鍵，當(dāng)采樣管線堵塞時(shí)，樣氣流量降低造成采樣泵負(fù)荷加大，造成泵長期在低流量下運(yùn)行而損壞，更重要的是，管線堵塞后數(shù)據(jù)測(cè)量和實(shí)際偏差較大。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)，要在系統(tǒng)加裝取樣管線的反吹裝置，每隔15分鐘進(jìn)行一次吹掃，吹掃過程中煙氣各數(shù)據(jù)采集量將采集上一周期的數(shù)據(jù)，防止不正確的數(shù)據(jù)進(jìn)入采集系統(tǒng)。

吸收塔密度計(jì)控制著塔內(nèi)石膏漿液的排放，保持塔內(nèi)物料的平衡。若濃度低于某一定值時(shí)，漿液需打回吸收塔再循環(huán)，若漿液濃度高于設(shè)定值，則將漿液進(jìn)行脫水，出石膏。漿液密度計(jì)顯示不準(zhǔn)確，特別是在顯示密度偏低的情況下，塔內(nèi)實(shí)際密度較高，可能造成漿液濃度過飽和度偏高，出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象。對(duì)于采用壓差測(cè)量通過計(jì)算得出密度值的測(cè)量方法，如果測(cè)量數(shù)據(jù)偏低，容易造成由于實(shí)際液位偏高造成的漿液倒灌等影響脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行的問題。因此，密度計(jì)是濕式脫硫系統(tǒng)中特別重要的參數(shù)，必須準(zhǔn)確。對(duì)于采用直接測(cè)量密度的質(zhì)量流量計(jì)而言，需要對(duì)其進(jìn)行定期水沖洗，防止管路堵塞和元件內(nèi)壁結(jié)垢，影響測(cè)量精度。對(duì)于采用間接測(cè)量方式的兩臺(tái)壓力變送器，除了要定期進(jìn)行水沖洗以外，還必須利用機(jī)組停備機(jī)會(huì)，將變送器拆下，對(duì)取樣筒進(jìn)行全面徹底的清理。

4 結(jié)束語

為建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)和環(huán)境友好型社會(huì)，節(jié)能減排是當(dāng)務(wù)之急，隨著國家對(duì)生產(chǎn)企業(yè)環(huán)保監(jiān)管力度的不斷加大，本文所提到的脫硫系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)裝置和吸收塔石膏漿液密度測(cè)量裝置提供的數(shù)據(jù)顯得尤為重要。可靠的監(jiān)測(cè)設(shè)備是機(jī)組經(jīng)濟(jì)達(dá)標(biāo)運(yùn)行的有效手段，無論采用哪種測(cè)量設(shè)備，選擇哪種安裝方式，我們維護(hù)人員都要對(duì)其進(jìn)行管理、研究，找到設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，加強(qiáng)維護(hù)并嘗試改造，為我們最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境安全提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

[1]元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機(jī)組脫硫運(yùn)行規(guī)程

[2]元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機(jī)組熱控檢修規(guī)程