1 000 MW機(jī)組脫硝CEMS系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

張?zhí)m華，閆超

(廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東516363)

1 000 MW機(jī)組脫硝CEMS系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

Application of 1 000 MW unit denitrification CEMS system

張?zhí)m華，閆超

(廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東516363)

脫硝煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng) (CEMS)，由于在國內(nèi)運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足，加上在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝時負(fù)規(guī)范，測量環(huán)境惡劣等因素影響，導(dǎo)致脫硝CEMS運(yùn)行維護(hù)難度大。為此平海電廠經(jīng)過幾年的運(yùn)行維護(hù)摸索后，對CEMS系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化和改造，取得了良好的效果。

煙氣脫硝；煙氣連續(xù)監(jiān)測；CEMS；改造；優(yōu)化

1 系統(tǒng)概述

平海電廠一期工程2×1 000 MW超超臨界機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠引進(jìn)ALSTOM技術(shù)設(shè)計(jì)制造。配套安裝的脫硝裝置原理為選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)，A，B側(cè)煙道各1臺SCR反應(yīng)器。

脫硝CEMS系統(tǒng)是M6000型在線煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由煙氣取樣系統(tǒng)、煙氣預(yù)處理單元、反吹單元、校準(zhǔn)單元、煙氣分析儀表和系統(tǒng)控制等6個部分組成〔1〕。脫硝CEMS系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 存在的問題

自脫硝CEMS投運(yùn)以來，由于系統(tǒng)設(shè)備在可靠性、設(shè)計(jì)、安裝方面都存在一些問題，導(dǎo)致CEMS運(yùn)行中缺陷率較高，檢修人員的維護(hù)工作量大。從企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)中調(diào)取2011年8月至2014年2月的所有脫硝 CEMS缺陷工單分析，主要問題如下:

圖1 CEMS系統(tǒng)

1)部分設(shè)備可靠性差。系統(tǒng)中蠕動泵、電子冷凝器、氧表、分析儀等設(shè)備可靠性差，故障率較高。

2)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理。分析儀表用電和伴熱管線加熱用電沒有分開，采用同一電源，電源電線電流大，電線發(fā)熱量大，接線端子燒毀，空開因過載跳閘。

3)伴熱管線安裝不規(guī)范?，F(xiàn)場伴熱管線水平安裝，且機(jī)柜端存在U型布置，U型處水封導(dǎo)致測量值偏低，管線堵塞。

經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，以2016年1月—2018年3月在我院接受治療的48例肥厚性心肌患者作為研究對象，其中男26例，女22例；年齡為41～82歲，平均（41.3±3.6）歲；病程為1～20.5歲，平均（5.2±1.1）年。

4)設(shè)備不可靠的情況下，主設(shè)備分析儀缺乏有效的監(jiān)視保護(hù)。

在冷凝器出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)容易積水導(dǎo)致分析儀出現(xiàn)進(jìn)水故障。主輔設(shè)備缺乏有效監(jiān)控和保護(hù)。

3 CEMS系統(tǒng)技術(shù)改造

3.1 換型可靠性差的設(shè)備

脫硝SCR反應(yīng)器在機(jī)組工藝流程中處于省煤器后電除塵前，該位置煙氣特點(diǎn)是溫度高，粉塵大，測量環(huán)境非常惡劣。在這樣的測量環(huán)境下，可靠性不夠的設(shè)備容易出現(xiàn)故障。

原分析儀為ZKJ－3型分析儀，特點(diǎn):雙通道，可測2組一氧化氮，手動標(biāo)定。該分析儀運(yùn)行一段時間后就開始出現(xiàn)漂移。氧量采用的是國產(chǎn)M802型氧表，該氧表容易出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)不變化，只有通過手動重置后才能恢復(fù)正常。針對CEMS兩大主設(shè)備存在的問題，在對周邊電廠脫硝CEMS進(jìn)行調(diào)研后，平海電廠將分析儀表和氧表合二為一，換型成某公司X－stream系列分析儀。該分析儀為2通道分析儀，可同時測量4組。換型后的分析儀表運(yùn)行穩(wěn)定可靠，大幅漂移現(xiàn)象沒有再次出現(xiàn)。

原冷凝器采用的是國產(chǎn)電子冷凝器，利用帕爾帖效應(yīng)制冷。雖然利用該原理制成的冷凝器噪音小，體積小，但是半導(dǎo)體材料長時間運(yùn)行后的可靠性仍不盡理想。平海電廠將冷凝器換型為某公司機(jī)械式冷凝器，整個制冷過程為導(dǎo)熱材質(zhì)的物理狀態(tài)變化，雖然效率不及電子式冷凝器，但是機(jī)械式冷凝器制造工藝成熟，制冷效果好， 可靠性高〔2－3〕。換型后，2臺機(jī)組8套制冷系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

蠕動泵在脫硝CEMS系統(tǒng)中的作用是排除系統(tǒng)中凝結(jié)水。一旦蠕動泵出現(xiàn)故障，CEMS系統(tǒng)將在短時間內(nèi)積累大量的凝結(jié)水，嚴(yán)重威脅著CEMS的安全。自平海電廠脫硝 CEMS投運(yùn)以來，原裝RD01型蠕動泵故障率非常高，該蠕動泵靠泵膜往返排水，泵膜靠一個獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動。泵膜與電機(jī)靠齒輪連接，一側(cè)為金屬一側(cè)為塑料，運(yùn)行久后容易滑絲。平海電廠將RD01型蠕動泵更換成托馬斯蠕動泵，該蠕動泵工作原理為泵管擠壓排水，性能穩(wěn)定。從后續(xù)的使用情況來看，托馬斯蠕動泵的工作壽命遠(yuǎn)高于RD01型蠕動泵。

3.2 改造不合理電源設(shè)計(jì)

平海電廠脫硝CEMS系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)欠合理:分析儀表用電和伴熱管加熱用電采用同一電源，電流過大容易導(dǎo)致跳閘，且整個系統(tǒng)無備用電源，可靠性不高。為此平海電廠為儀表用電專門引入了2路電源:一路220 V UPS電源，另一路220 V保安電源，經(jīng)過雙電源切換裝置供給機(jī)柜分析儀表。而原來的220 V電源則專門負(fù)責(zé)CEMS伴熱管線用電。改造后的電源如圖2所示。電源經(jīng)過合理改造后，母線上的電流都處在合理的范圍內(nèi)。

3.3 整理伴熱管線的不規(guī)范安裝

圖2 脫硝CEMS系統(tǒng)電源改造后

原伴熱管線安裝于水平電纜線槽內(nèi)，在末端還存在U型結(jié)構(gòu)，容易形成水封，造成有害氣體溶解損失，使測量結(jié)果偏低，時間久后還容易堵塞伴熱管線〔4〕。從企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng)發(fā)生的缺陷統(tǒng)計(jì)中，在脫硝CEMS投運(yùn)2年后，伴熱管線就開始發(fā)生堵塞。為了從本質(zhì)上解決問題，平海電廠重新敷設(shè)了伴熱管線橋架和線槽，線槽從上向下至少5°傾角〔5〕，管線末端從機(jī)柜頂部引入，確保無U型結(jié)構(gòu)。改造前后對比如圖3所示。2臺機(jī)組8根伴熱管線改造后，經(jīng)過近1年的運(yùn)行情況看，沒有出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，且因水封導(dǎo)致測量結(jié)果偏低的現(xiàn)象也沒有再出現(xiàn)。

圖3 伴熱管線改造

3.4 優(yōu)化CEMS系統(tǒng)

由于脫硝CEMS工作在一個高溫、高塵、高腐蝕的環(huán)境下，系統(tǒng)必須用反吹單元進(jìn)行自我清潔。在系統(tǒng)進(jìn)入反吹時，CEMS會將當(dāng)前測量值保持住，然后利用壓縮空氣對伴熱管線和探頭進(jìn)行吹掃，由于信號隔離模塊或者保持繼電器出現(xiàn)故障的時候，伴熱管線內(nèi)部殘余壓縮空氣還未排干凈，系統(tǒng)就恢復(fù)正常的測量和傳輸，就會導(dǎo)致分散控制系統(tǒng) (Distributed Control System，以下簡稱DCS)得到氮氧化物測量值為零，針對這種情況，熱控工作人員在DCS里對邏輯做了優(yōu)化，增加了DCS側(cè)同等時間的保持功能，從而保證氮氧化物測量值正常，以及當(dāng)前氨氣調(diào)節(jié)閥的連續(xù)自動運(yùn)行。

對CEMS機(jī)柜內(nèi)布局凌亂的情況，在不改變設(shè)計(jì)思路前提下對機(jī)柜內(nèi)部進(jìn)行了有效的整理。將2個吹掃電磁閥合并為1個三通電磁閥，以減少管路和接頭〔6〕，并做好6S工作，保證工作人員在檢查漏點(diǎn)，處理故障時可以目視化工作。

平海電廠曾出現(xiàn)輔助設(shè)備冷凝器不制冷，導(dǎo)致分析儀進(jìn)入大量高溫高濕氣體的情況。由于冷凝器工作異常，并不能立即反應(yīng)在測量的數(shù)值上，所以如果冷凝器出現(xiàn)故障不能被立即發(fā)現(xiàn)，必然會威脅到分析儀的安全。為此平海電廠將冷凝器溫度高報(bào)警信號引入DCS，供運(yùn)行人員隨時監(jiān)視CSMS重要輔機(jī)的工作狀態(tài)。同時在分析儀進(jìn)氣口前加裝了吸水能力強(qiáng)的過濾器，能夠?yàn)槔淠鞴收虾鬆幦「嗟陌l(fā)現(xiàn)和處理時間。

4 改造后效果

平海電廠脫硝CEMS系統(tǒng)技術(shù)改造后，運(yùn)行情況平穩(wěn)正常。EAM里出現(xiàn)的脫硝CEMS缺陷明顯減少，數(shù)據(jù)顯示取得良好效果。

1)設(shè)備因?yàn)橹圃旃に嚕圃觳牧?，工作原理，制造?biāo)準(zhǔn)等不同，產(chǎn)品質(zhì)量也會有較大差異。在1 000 MW鍋爐尾部煙氣的高溫、高濕、高腐蝕的環(huán)境下，脫硝 CEMS系統(tǒng)須采用可靠性高的設(shè)備。

2)電源系統(tǒng)的改造。原電源系統(tǒng)采用同一電源給分析儀表和伴熱管線，且沒有任何備用電源，整個電源系統(tǒng)可靠性不高。改造后的電源，容量分配合適，供電結(jié)構(gòu)合理，同時分析儀表加入了UPS電源，能夠保證分析儀可靠工作。

3)伴熱管線的整理。將伴熱管線從電纜橋架中獨(dú)立開來布置，整個伴熱管線一直向下至少5°傾角，并盡量縮短管線的長度。經(jīng)過整理后的伴熱管線運(yùn)行情況良好，采樣流量滿足測量要求。

4)系統(tǒng)優(yōu)化。對機(jī)柜內(nèi)部整理整頓后，縮短了采樣氣體的流通路徑，減少了1個電磁閥，接頭和漏點(diǎn)也減少了。同時增加了對主輔設(shè)備分析儀，冷凝器的監(jiān)控和保護(hù)，提高了系統(tǒng)的安全性。

5 結(jié)論

隨著國家新環(huán)保法的頒布，環(huán)保部門逐步對排污企業(yè)的環(huán)保數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控，脫硝CEMS測量穩(wěn)定性、可靠性對于運(yùn)行人員的精細(xì)操作起著舉足輕重的作用。平海電廠熱控人員通過對脫硝CEMS的不斷摸索，總結(jié)了一些可行的經(jīng)驗(yàn)，供同行借鑒。

〔1〕M6000系列脫硝煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng) (CEMS)使用說明書〔Z〕.2013.

〔2〕李冰.半導(dǎo)體制冷技術(shù)及其發(fā)展〔J〕.山西科技，2009(4): 95-101.

〔3〕陳建冰.關(guān)于冰箱制冷原理的探討〔J〕.中華民居，2011，(10):27-28.

〔4〕蘇靜，吳海平，王金奇.CEMS煙氣在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)常見問題的探討〔J〕.污染防治技術(shù)，2011，24(3):73-75.

〔5〕章衛(wèi)軍，葉國滿，屠士鳳，等.浙能樂清電廠脫硝系統(tǒng)熱控設(shè)備優(yōu)化改造〔J〕.自動化博覽，2013(6):90-94.

〔6〕孟尚虎，宦培養(yǎng).CEMS煙氣預(yù)處理裝置的改進(jìn)及維護(hù)〔J〕.電力科技與環(huán)保，2011，27(2):56-57.

X701.7

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1008-0198(2015)06-0081-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.06.023

張?zhí)m華 (1984)，男，湖北潛江人，助理工程師，從事火電廠熱工控制工作。

2015-03-26 改回日期:2015-05-13