火電廠脫硝系統(tǒng)誤退原因分析及解決方案

吳慧玲

（中國大唐集團(tuán)馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司，安徽 馬鞍山243102）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)實力的增強(qiáng)，耗電量也將逐步加大。目前，我國已經(jīng)開展了大規(guī)模的煙氣脫硫項目，但煙氣脫硝還未大規(guī)模的開展。有研究資料表明，假如現(xiàn)階段仍不加強(qiáng)對煙氣中氮氧化物的治理，氮氧化物的總量和在大氣污染物中的比重都將上升，并有可能取代二氧化硫成為大氣中的主要污染物。由于氮氧化物的污染日益嚴(yán)峻，控制火電廠的氮氧化物排放是重點。所以火電廠脫硝系統(tǒng)的正常穩(wěn)定高效的運行是很有必要的。目前我國燃煤發(fā)電廠煙氣脫硝系統(tǒng)大多選用選擇性催化還原（SCR）煙氣脫硝工藝［1］，SCR具有很高的脫硝效率（70%～90%），它是成熟的脫硝工藝，是脫硝應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。SCR的意思是煙氣中的氮氧化合物選擇性的和還原劑進(jìn)行反應(yīng)，生成氮氣和水，脫除煙氣中的氮氧化合物（NOx）。所以火電廠上馬脫硝系統(tǒng)并讓其正常穩(wěn)定運行是非常重要的。

本文的實驗對象馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司的脫硝系統(tǒng)，其采用選擇性催化還原脫硝（SCR），還原劑為尿素。該公司的脫硝系統(tǒng)具有代表性，對其脫硝系統(tǒng)誤退原因的分析有助于解決采用同類裝置的火電廠的問題。

2 脫硝系統(tǒng)介紹

2.1 脫硝尿素公用系統(tǒng)

尿素?zé)峤夥ü孟到y(tǒng)包括尿素儲倉、尿素溶解罐、尿素溶液混合泵、尿素溶液儲罐、尿素溶液循環(huán)泵、計量和分配裝置、熱解爐（內(nèi)含噴射器、燃燒器）系統(tǒng)等。

尿素儲存于儲倉，由螺旋給料機(jī)輸送到溶解罐里，用除鹽水將固體尿素溶解成50%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液給料泵輸送到尿素溶液儲罐；尿素溶液經(jīng)由供液泵、計量與分配裝置、霧化噴嘴等進(jìn)入絕熱分解室，稀釋空氣經(jīng)加熱后也進(jìn)入分解室。霧化后的尿素液滴在絕熱分解室內(nèi)分解，生成的分解產(chǎn)物為NH3、H2O和CO2，分解產(chǎn)物由氨噴射系統(tǒng)進(jìn)入鍋爐脫硝煙道［2］（圖1）。

圖1 尿素溶解系統(tǒng)

2.2 脫硝煙氣及反應(yīng)系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)包括從鍋爐省煤器出口至SCR反應(yīng)器本體入口、SCR反應(yīng)器本體出口至空預(yù)器入口之間的連接煙道（圖2）。其主要流程如下：

來自鍋爐省煤器的未脫硝煙氣→SCR系統(tǒng)入口→噴氨格柵→煙氣／氨靜態(tài)混合器→導(dǎo)流板→整流裝置→催化劑層→凈煙氣→SCR反應(yīng)器出口→空氣預(yù)熱器入口。

圖2 熱解爐及SCR系統(tǒng)

SCR的化學(xué)反應(yīng)方程式是：

在整個煙氣系統(tǒng)當(dāng)中，主要的設(shè)備有反應(yīng)器、噴氨系統(tǒng)、催化劑及其輔助吹灰系統(tǒng)等［2］。

3 對脫硝系統(tǒng)非正常退出原因的統(tǒng)計分類

通過對2013～2014年脫硝系統(tǒng)誤退事件原因進(jìn)行統(tǒng)計得出脫硝系統(tǒng)由于尿素母管壓力低而退出的有13起，占總事件的54%。由于電加熱器出口溫度偏低或偏高而退出的有8起，占總事件的33%。由于脫硝一次風(fēng)流量小于6000退出的有3起占總事件的13%。以上數(shù)據(jù)可以看出要想降低脫硝系統(tǒng)的誤退就得從這3個方面入手。

4 對脫硝系統(tǒng)誤退原因的分析及解決方案

4.1 尿素母管壓力低退脫硝的原因分析

（1）人為因素。機(jī)務(wù)檢修尿素制備區(qū)導(dǎo)致尿素母管壓力低進(jìn)而造成脫硝系統(tǒng)的退出的有3起。

（2）設(shè)備因素。由于每個尿素儲存罐的液位測點只有一個，如果測量液位的裝置出現(xiàn)故障，造成液位顯示不準(zhǔn)確，就容易造成脫硝系統(tǒng)退出。因為尿素儲存罐液位低于0.4m（單點），跳閘高流量循環(huán)泵，進(jìn)而導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)退出。

由于設(shè)計時兩臺高流量循環(huán)泵是一運一備，但是兩臺泵之間的聯(lián)鎖條件在設(shè)計時沒有考慮全面，當(dāng)運行高流量循環(huán)泵故障跳閘時，備用高流量循環(huán)泵沒有設(shè)計聯(lián)鎖啟動，從而會造成高流量循環(huán)泵出口壓力低于0.43MPa（單點），跳脫硝計量裝置。

4.2 尿素母管壓力低退脫硝的解決方案

由于母管壓力低（單點保護(hù)）退脫硝系統(tǒng)的事件所占比重很大，所以熱控班加強(qiáng)對高流量循環(huán)泵出口壓力進(jìn)行檢查并定期校驗，確保測點測量的正確性和可靠性。同時為避免單個部件或設(shè)備故障而造成設(shè)備誤動，從邏輯設(shè)計上采用容錯邏輯設(shè)計方法，對進(jìn)入保護(hù)聯(lián)鎖系統(tǒng)的模擬量信號合理設(shè)置延時時間等故障診斷功能，減少或消除因接線松動、干擾信號或設(shè)備故障引起的信號突變而導(dǎo)致的控制對象異常動作?，F(xiàn)增加的聯(lián)鎖保護(hù)邏輯是：聯(lián)鎖按鈕投入，高流量循環(huán)泵運行泵跳閘信號發(fā)出，備用泵自啟。聯(lián)鎖按鈕投入，高流量循環(huán)泵出口母管壓力低于1.35MPa，延時15s，備用泵聯(lián)啟。尿素儲存罐液位低于0.4m（單點），延時60s，跳閘高流量循環(huán)泵。高流量循環(huán)泵出口壓力低于0.43MPa（單點），延時30s跳脫硝計量裝置。

4.3 電加熱器出口溫度異常導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)退出的原因分析

電加熱器出口溫度的測量值是直接送到電加熱器的數(shù)顯表上的，參與電加熱器投入運行電加熱棒的數(shù)量的計算，然后再送至DCS。所以有兩方面的原因?qū)е码娂訜岢隹跍囟犬惓?dǎo)致脫硝系統(tǒng)的退出。

（1）由于測量電加熱器出口溫度的原件只有一個，沒有冗余設(shè)計，這樣就大大的增加了溫度測量的不可靠性。若用于測量電加熱器出口溫度的溫度元件因接線松動、干擾信號或設(shè)備故障引起信號突變，就會導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)異常退出。

（2）電加熱器的數(shù)顯表出現(xiàn)問題，會導(dǎo)致送至DCS的溫度信號異常，同樣會導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)的退出。在8起脫硝誤退出事件中其中由于溫度元件輸出異常導(dǎo)致脫硝退出的有3起，由于數(shù)顯表異常導(dǎo)致脫硝退出的有5起。其中數(shù)顯表異常的原因主要是電加熱器機(jī)柜露天放置，但防雨措施不到位，如遇雨天，雨水長時間淋濕數(shù)顯表，造成數(shù)顯表的燒毀。

4.4 電加熱器出口溫度偏低或偏高導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)退出的解決方案

由于電加熱器出口溫度測點的測量數(shù)據(jù)直接送到數(shù)顯表，而DCS系統(tǒng)的該溫度顯示值是從數(shù)顯表上取的，所以建議利用大小修增加兩個電加熱器出口溫度測點，將單點信號保護(hù)邏輯改為信號三選中選擇邏輯，大大提高可靠性。三個測量值一起送到DCS系統(tǒng)，溫度值選取三個測量值中的中間值，然后將最終溫度值送到電加熱器數(shù)顯表上。關(guān)于數(shù)顯表跳變問題很好解決，更換新的數(shù)顯表，并在電加熱器機(jī)柜上加裝防雨罩，從根本上解決數(shù)顯表異常的問題。

（1）脫硝熱一次風(fēng)流量小于6000t／h導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)退出的原因分析。由于脫硝熱一次風(fēng)流量的測量裝置有三個，邏輯設(shè)計為當(dāng)三個流量測量裝置的測量值有兩個低于6000t／h并延時5min脫硝才會退出。該問題經(jīng)常出現(xiàn)的原因為取樣管上設(shè)置有針型閥，取樣管道經(jīng)常積灰堵塞，導(dǎo)致脫硝熱一次風(fēng)流量低。

（2）脫硝熱一次風(fēng)流量小于6000t／h退脫硝的解決方案。對脫硝熱一次風(fēng)的取樣管道進(jìn)行改造，取消針型閥，避免取樣管道經(jīng)常性的積灰，堵塞變送器。運行人員要加強(qiáng)對畫面的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時聯(lián)系相關(guān)人員進(jìn)行吹掃。

5 結(jié)語

通過對馬鞍山當(dāng)涂發(fā)電有限公司脫硝系統(tǒng)誤退原因的分析可以看出：在脫硝系統(tǒng)設(shè)計時一些重要的數(shù)據(jù)未能做到冗余設(shè)計（如電加熱出口的溫度測量元件等）；重要設(shè)備的聯(lián)鎖投入條件不完善（如兩臺高流量循環(huán)泵的聯(lián)鎖條件）；在脫硝系統(tǒng)運行維護(hù)中，未能對重要設(shè)備進(jìn)行防雨防潮防凍保護(hù)。

本文通過對選擇性催化還原脫硝（SCR）的研究，對其脫硝系統(tǒng)誤退原因進(jìn)行分析并提出了確實可行并實驗有效的的解決方案，大大的減少了脫硝系統(tǒng)的誤退次數(shù)，為節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)，希望能對采用相同技術(shù)的火電廠的脫硝系統(tǒng)的維護(hù)有所幫助。

［1］韋正樂.燃煤發(fā)電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的研究［J］.廣東化工，2010（11）.

［2］胡志光，鄧 倩，馬苗云.燃煤電廠600MW機(jī)組煙氣脫硝系統(tǒng)的總體設(shè)計［J］.綠色科技，2011（7）.