大型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組煙氣脫硝氨逃逸控制技術(shù)改造探討

王成相

(華能營口熱電有限責(zé)任公司,遼寧營口 115000)

大型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組煙氣脫硝氨逃逸控制技術(shù)改造探討

王成相

(華能營口熱電有限責(zé)任公司,遼寧營口 115000)

本文對脫硝氨逃逸測量的重要性進(jìn)行了簡要介紹與分析,并同時(shí)對脫硝氨逃逸分析儀表改造前后儀表原理選型、數(shù)據(jù)比較、設(shè)備安裝、現(xiàn)場調(diào)試等技術(shù)進(jìn)行了介紹與展望,以期對燃煤電廠機(jī)組的脫硝氨逃逸選型、安裝、調(diào)試等工程改造問題提供一定的參考。

脫硝 氨逃逸 重要性 儀表選型 設(shè)備改造

煙氣脫硝是燃煤電廠繼煙氣脫硫之后中國控制工業(yè)鍋爐污染物排放的又一重點(diǎn)領(lǐng)域。我們通過對多家電廠的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：在SCR脫硝運(yùn)行過程中，雖然運(yùn)行人員對氨逃逸的限制做了很多工作，但由于目前絕大多數(shù)燃煤電廠SCR脫硝系統(tǒng)氨逃逸分析儀表測量普遍不準(zhǔn)確，或者根本不跟隨噴氨流量或噴氨閥門的開度大小產(chǎn)生變化，而是以0.0ppm的直線一直畫到底…等等，脫硝機(jī)組的氨逃逸監(jiān)測系統(tǒng)基本上無法正常投入。所以有效的控制氨逃逸，提高氨逃逸分析儀表的測量精度乃當(dāng)務(wù)之急。否則，就不可能真正實(shí)現(xiàn)對氨逃逸量的有效控制。

1 氨逃逸監(jiān)測的重要性

無論何種形式的SCR脫硝裝置，準(zhǔn)確的氨逃逸率數(shù)值監(jiān)測，最大程度提高脫硝效率、檢測氨在反應(yīng)區(qū)內(nèi)的空間分布及催化劑的堵塞及老化等方面都起著重要的作用。由于氨逃逸率數(shù)值是影響SCR系統(tǒng)運(yùn)行的重要參數(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，被噴射進(jìn)入系統(tǒng)的氨通常多余理論氨，反應(yīng)后煙氣下游多余的氨被成為氨逃逸。NOx脫除效率隨著氨逃逸量的增加而提高，在某一個(gè)氨逃逸量后達(dá)到一個(gè)漸進(jìn)值。氨逃逸率的增大雖然會(huì)提高脫硝效率，但也會(huì)造成還原劑的浪費(fèi)，逃逸的NH3不僅容易引起催化劑中毒和污染環(huán)境，而且會(huì)與煙氣中的水蒸汽、SO3發(fā)生反應(yīng)生成硫酸氫銨，在反應(yīng)器下游的設(shè)備和管道上沉積，引起堵塞、腐蝕和壓降等問題，同時(shí)還會(huì)對催化床層金屬支撐架造成腐蝕危害。有研究測試結(jié)果表明：氨逃逸量達(dá)2ppm左右，空預(yù)器運(yùn)行半年后其阻力增加約30%;氨逃逸達(dá)到3ppm，空預(yù)器運(yùn)行半年后其阻力增加約50%，既費(fèi)電有折壽，嚴(yán)重增加生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)成本。對于應(yīng)用SCR脫硝技術(shù)的電廠來說，如何用最小氨逃逸量來滿足降低NOx的合格排放，這一課題十分重要;對SCR機(jī)組的可靠運(yùn)行來說，對氨逃逸率數(shù)值限制的重要性不亞于比NOx轉(zhuǎn)化率的限制，所以需要對氨逃逸率的數(shù)值進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)視及控制。

雖然許多燃煤電廠在脫硝運(yùn)行效率比較低的情況下，氨氣的逃逸率接近為零，但是在實(shí)際運(yùn)行過程中氨逃逸是一直存在的;特別是隨著催化劑活性的下降及尾部煙道中NOx濃度分部的不均勻等一系列問題的出現(xiàn)，都會(huì)造成氨逃逸量的逐漸增大;另外隨著國家新的NOx排放新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)及環(huán)保核查的越來越嚴(yán)格，NOx的排放濃度降低到100mg/Nm3以下，這樣脫硝效率的升高必然導(dǎo)致氨逃逸量增大，所以氨逃逸分析儀的長期穩(wěn)定運(yùn)行及監(jiān)測數(shù)值的準(zhǔn)確顯得尤為重要。

圖1 可調(diào)諧二極管激光光譜法監(jiān)測儀測量氨逃逸運(yùn)行曲線

圖2 激光光譜高溫抽取式氨逃逸分析儀測量氨逃逸運(yùn)行曲線

2 氨逃逸測量儀表的選型

2.1 現(xiàn)場直插式監(jiān)測(可調(diào)諧二極管激光光譜法監(jiān)測儀)

可調(diào)諧二極管激光光譜法監(jiān)測儀是激光二極管的光通過測量氣體被光二極管檢測。激光二極管的波長可調(diào)諧成被測氣體的吸收波長。此光被調(diào)諧波長掃描，并由光二極管把透過光信號(hào)記錄下來，由計(jì)算單元計(jì)算吸收光的大小并得到氣體的濃度。使用過程中存在的問題：可調(diào)諧二極管激光光譜法監(jiān)測儀直接插入煙道進(jìn)行測量，采用的是單點(diǎn)取樣監(jiān)測的方法.激光反射部分長期在近400℃的高溫高粉塵下工作，造成測量探頭前部的反射棱鏡使用周期僅3-6月，更換此部件的價(jià)格也非常昂貴;同時(shí)主要T/R單元的故障率較高，維修成本高、維修周期長，根本滿足不了氨逃逸分析儀表的長期穩(wěn)定運(yùn)行和環(huán)保核查的需要。另外煙氣中的SO2和水蒸汽的含量也直接影響分析儀表測量數(shù)值準(zhǔn)確性，使得此儀表測量誤差較大;當(dāng)脫硝率和噴氨流量減小或增大時(shí)，此儀表測量數(shù)值幾乎無變化，檢測的氨逃逸值與各種參數(shù)沒有良好的趨勢匹配。某電廠使用可調(diào)諧二極管激光光譜法監(jiān)測儀測量氨逃逸運(yùn)行曲線(圖1)：氨逃逸(0-20ppm)與噴氨量(0-100%)的關(guān)系。

2.2 高溫抽取式監(jiān)測

激光光譜氨逃逸分析儀監(jiān)測到的是激光所貫穿標(biāo)準(zhǔn)測量氣室過程中整條線上的平均濃度，而標(biāo)準(zhǔn)測量氣室(標(biāo)準(zhǔn)測量氣室必須是“直”型的)內(nèi)的樣氣是經(jīng)高溫(250℃)預(yù)處理后，通過高溫取樣泵抽取到標(biāo)準(zhǔn)氣室里的，這樣就使標(biāo)準(zhǔn)氣室內(nèi)部樣氣中NH3濃度更能代表煙道中NH3氣體的真實(shí)濃度。紅外激光光譜NH3分析儀實(shí)行的是現(xiàn)場監(jiān)測光學(xué)發(fā)射端與光學(xué)接收端對射安裝在標(biāo)準(zhǔn)氣室的兩側(cè)。我們通過現(xiàn)場光學(xué)端的發(fā)射部份發(fā)射出來的激光，光束穿過標(biāo)準(zhǔn)氣室到對面的光學(xué)接收端，在接收端將監(jiān)測到的原始信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器，將接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過預(yù)制電纜線回到發(fā)射端的PDA，得出氣體的監(jiān)測濃度變4-20mA電流信號(hào)送到機(jī)柜內(nèi)部PLC，最后到達(dá)DCS進(jìn)行監(jiān)測。

激光光譜氨逃逸分析儀基本上無需進(jìn)行現(xiàn)場校驗(yàn)，測量誤差較小，測量脫硝出口氨逃逸值與出口NOx值成反比，與脫硝率和噴氨流量成正比，并且反應(yīng)及時(shí)沒有時(shí)間滯后。檢測的氨逃逸值之所以與各種參數(shù)有良好的趨勢匹配，是由于此抽取式氨逃逸分析儀表采用的是全程高溫伴熱，使煙氣在進(jìn)入高溫標(biāo)準(zhǔn)測量氣室之前，煙氣本身的品質(zhì)沒有發(fā)生任何變化，進(jìn)一步保證了分析儀表測量的及時(shí)準(zhǔn)確，具有很好的代表性，可以考慮做為噴氨控制調(diào)節(jié)的參考。某電廠使用高溫抽取式氨逃逸分析儀測量氨逃逸運(yùn)行曲線(圖2)：氨逃逸(0-20ppm)與噴氨量(0-100%)的關(guān)系。

2.3 氨逃逸測量儀表的選型建議

比較激光光譜法原位測量和激光高溫抽取法測量，雖然在前一段時(shí)間內(nèi)電力市場的主流是激光光譜法原位測量，但是抽取式測量方法在同行業(yè)的使用經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)更是比較成熟的。采用抽取式方法測量氨逃逸數(shù)值，關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是樣氣通過預(yù)處理時(shí)，必須保證樣氣始終在高溫潔凈狀態(tài);如果這一關(guān)鍵條件滿足，同時(shí)儀表本身測量數(shù)值準(zhǔn)確、運(yùn)行穩(wěn)定，采用一拖一全獨(dú)立配置的高溫抽取式氨逃逸測量系統(tǒng)完全可以滿足長期測量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3 氨逃逸設(shè)備改造

3.1 現(xiàn)場安全管理

設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場后，首先廠家代表要辦好工程開工報(bào)告的審批;其次安全監(jiān)察部、設(shè)備部、專業(yè)班組對廠家設(shè)備安裝調(diào)試人員要進(jìn)行廠、部、班的三級(jí)安全教育培訓(xùn);同時(shí)要求廠家就現(xiàn)場設(shè)備安裝調(diào)試方面的安全做出承諾，一切工作均要按照廠、部、專業(yè)安全管理的要求，并簽署安全保證書。其次就現(xiàn)場設(shè)備安裝其他方面的安全工作，專業(yè)負(fù)責(zé)人、班組相關(guān)工作負(fù)責(zé)人及廠家全體安裝調(diào)試人員進(jìn)行了相互的討論，進(jìn)行設(shè)備安裝調(diào)試工作安全技術(shù)交底，并在安全技術(shù)交底書上簽字。最后在完成辦理外包單位熱機(jī)工作票、動(dòng)火票后，安裝工作正式開工。

3.2 現(xiàn)場設(shè)備安裝

3.2.1 盤柜運(yùn)輸

由于激光光譜氨逃逸分析儀采用的是高溫抽取式測量方式，高溫取樣泵抽取煙道內(nèi)部的煙氣經(jīng)過高溫預(yù)處理后進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)測量氣室進(jìn)行測量分析。所以出廠前高溫預(yù)處理就已經(jīng)安裝在了分析盤柜內(nèi)部，包括PLC等其他精密儀表，這樣就造成盤柜比較大，又很重，鍋爐4層爐后現(xiàn)場的平臺(tái)過道很窄，同時(shí)彎道有較多，給盤柜的運(yùn)輸造成了很大的難度，最后結(jié)合以往的施工安裝工作經(jīng)驗(yàn)，把電動(dòng)葫蘆、倒鏈及液壓運(yùn)盤車等聯(lián)合運(yùn)用，僅用了一個(gè)半小時(shí)就將盤柜毫發(fā)無損的運(yùn)送到位。

3.2.2 就地取樣裝置安裝

由于原來氨逃逸儀表遺留的安裝口比較大、不配套，最主要的是原設(shè)備安裝法蘭露出煙道外部保溫的距離過大，不能滿足高溫預(yù)處理的要求;專業(yè)果斷做出在原儀表安裝口上部重新開孔的決定，但在開孔過程中必須使用角磨開孔，不能使用火焊，防止鐵渣進(jìn)入煙道和空預(yù)器內(nèi);同時(shí)要保證安裝時(shí)，取樣探頭的安裝法蘭距離煙道外部保溫控制在100mm，探頭的前部要向下傾斜15度角，以減小煙道內(nèi)部的粉塵積累和沖刷，延長取樣探頭一、二級(jí)濾芯的使用壽命，防止濾芯損壞和堵塞，提高儀表測量的準(zhǔn)確和長期運(yùn)行穩(wěn)定。

3.2.3 盤柜內(nèi)部管路及線路安裝

要求一定要保證樣氣與標(biāo)氣管路的連接正確緊密，保證氣路的氣密性。高溫取樣管路要保證一定的彎曲弧度，防止內(nèi)部的取樣管路彎折堵塞或斷裂，同時(shí)也保證取樣管路內(nèi)部的高溫伴熱帶完好無損。電源及信號(hào)線路的電纜規(guī)格按照規(guī)程的要求進(jìn)行敷設(shè)，同時(shí)也要滿足測量的需要。電源開關(guān)額定電流要滿足分析儀表盤柜加熱功率的需要，同時(shí)電源電纜在送電前要進(jìn)行線路絕緣檢查，與開關(guān)端子之間連接要正確緊固。信號(hào)電纜連接時(shí)要防止正、負(fù)短路，防止損壞I/0模塊，同時(shí)保證連接的緊固和準(zhǔn)確。電纜保護(hù)金屬軟管的連接和走向要美觀、順暢。

3.2.4 激光光譜氨逃逸分析儀表關(guān)鍵部件光學(xué)發(fā)射端及接收端的安裝

要求安裝人員，連接法蘭螺栓要固定牢固，防止法蘭螺栓由于平臺(tái)的長時(shí)間震動(dòng)而造成松動(dòng)，進(jìn)而影響發(fā)射端與接收端的透光度，同時(shí)影響到儀表測量的準(zhǔn)確;發(fā)射端與接收端所有的連接預(yù)制電纜一定要連接正確、緊密，布線走向要整齊美觀。

3.3 現(xiàn)場儀表調(diào)試

分析儀表送電前檢查，送電后首先開始的是高溫加熱系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)加熱檢查測試，需要一個(gè)工作日(包括盤柜內(nèi)部高溫箱加熱器、高溫取樣管路伴熱及探頭內(nèi)部加熱器)。其次調(diào)試人員對儀表開始正式整體自身靜態(tài)調(diào)試，此時(shí)分析儀表個(gè)加熱系統(tǒng)經(jīng)過一天的試運(yùn)行已趨于穩(wěn)定，設(shè)定溫度與實(shí)測溫度相同，儀表開始采樣空氣和標(biāo)氣進(jìn)行試分析測量。觀察分析儀表透光度是否滿足測量要求，PLC開始記錄儲(chǔ)存靜態(tài)試驗(yàn)測量記錄。再次分析儀表開始接入系統(tǒng)抽取樣氣進(jìn)行測量觀察。在檢查信號(hào)線路絕緣電阻及接線正確后，分析儀表信號(hào)正式進(jìn)入DCS監(jiān)測，調(diào)試人員對現(xiàn)場分析儀表定時(shí)巡檢，實(shí)時(shí)記錄調(diào)整。最后分析儀表進(jìn)入脫硝系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)、試運(yùn)、移交生產(chǎn)。

4 結(jié)語

實(shí)踐表明燃煤電廠氨逃逸測量選用激光光譜高溫抽取式氨逃逸分析儀測量鍋爐SCR脫硝出口氨逃逸數(shù)值，能夠較好地反映真實(shí)的氨逃逸濃度值，與NOx、脫硝率、噴氨流量都有及時(shí)的趨勢匹配。從根本上保證了運(yùn)行人員能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測氨逃逸數(shù)值;對保護(hù)脫硝下游設(shè)備的運(yùn)行安全、提高脫硝效率、檢測催化劑的堵塞及老化、滿足環(huán)保核查、提高節(jié)能減排等方面起到了重要的作用。同時(shí)安全、優(yōu)質(zhì)、高效的完成設(shè)備的改造安裝調(diào)試，對提高整個(gè)企業(yè)的安全生產(chǎn)及安裝后設(shè)備運(yùn)行的長期穩(wěn)定更起著關(guān)鍵作用。

通過聯(lián)系多家燃煤電廠的氨逃逸儀表的使用情況了解到：脫硝氨逃逸設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定和測量數(shù)值測量不準(zhǔn)是一個(gè)普遍而又頭疼的問題。激光光譜高溫抽取式氨逃逸分析系統(tǒng)的出現(xiàn)，從根本上解決了燃煤電廠的以上問題，大大降低了設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，滿足了環(huán)保核查的需要，提高了燃煤電廠節(jié)能減排效率，為實(shí)現(xiàn)我國“美麗中國”貢獻(xiàn)力量。