煙氣脫硝緊急停車裝置控制系統(tǒng)及改造

文　堯，謝碧蓉

(1.四川瀘州川南發(fā)電有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646007；2.重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶 400053)

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煙氣脫硝緊急停車裝置控制系統(tǒng)及改造

文堯1，謝碧蓉2

(1.四川瀘州川南發(fā)電有限責(zé)任公司，四川 瀘州 646007；2.重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶 400053)

摘要：介紹川南電廠煙氣脫硝工藝系統(tǒng)及流程，針對(duì)煙氣脫硝緊急停車裝置(ESD)控制系統(tǒng)存在的問題，從工藝、儀表配置、控制系統(tǒng)可靠性、保護(hù)系統(tǒng)等幾個(gè)方面進(jìn)行改造，提高了系統(tǒng)的安全性，而且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)論述了選擇性催化還原技術(shù)(SCR)系統(tǒng)常見故障診斷及處理方法。

關(guān)鍵詞：脫硝系統(tǒng)；改造；節(jié)能減排

隨著我國電力建設(shè)的迅速發(fā)展，大氣和酸雨污染日益嚴(yán)重。特別是近年來，大城市NOx污染嚴(yán)重，區(qū)域性NOx污染逐漸加劇。研究結(jié)果顯示，氮氧化物排放量的增加使得我國酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)變，硝酸根離子在酸雨中所占的比例從20世紀(jì)80年代的1/10逐步上升到近年來的1/3[1]。

燃煤發(fā)電過程產(chǎn)生的眾多氣態(tài)污染物中，氮氧化物危害很大且很難處理。煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物主要包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)及少量其他氮氧化物。其中的NO排到大氣中很快就會(huì)被氧化成NO2。NO2是一種紅棕色的，有毒性和刺激性氣體，大氣被NO2污染后，還會(huì)使機(jī)器設(shè)備和金屬建筑物過早損壞，妨礙和破壞植物的生長，降低大氣的可見度，阻礙熱力設(shè)備出力的提高，甚至使設(shè)備的效率降低[2]。因此，為了防止NO2及其引起的光化學(xué)煙霧的危害，必須抑制煤炭等燃料燃燒時(shí)氮氧化物的生成量。

1選擇性催化還原(SCR)技術(shù)煙氣脫硝工藝系統(tǒng)及流程

1.1SCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)

川南電廠2×600 MW亞臨界機(jī)組煙氣脫硝采用美國巴威(B&W)公司引進(jìn)的SCR脫硝裝置。每臺(tái)發(fā)電機(jī)組設(shè)2套SCR反應(yīng)器，脫硝裝置共設(shè)有4套SCR反應(yīng)器。整個(gè)脫硝工藝系統(tǒng)分為SCR區(qū)和氨區(qū)，SCR反應(yīng)器系統(tǒng)包括煙氣系統(tǒng)、氨/空氣混合系統(tǒng)、氨噴射閥門站及蒸汽吹灰系統(tǒng)等。氨區(qū)包含液氨卸料系統(tǒng)、液氨存儲(chǔ)系統(tǒng)、液氨輸送蒸發(fā)系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等。

機(jī)組主機(jī)集散控制系統(tǒng)(DCS)采用艾默生OVATION系統(tǒng)。鍋爐側(cè)脫硝SCR反應(yīng)系統(tǒng)控制原則上納入相應(yīng)單元機(jī)組的DCS控制系統(tǒng)，即新增控制器的所有數(shù)據(jù)與原DCS數(shù)據(jù)庫合并，形成一套完整的DCS數(shù)據(jù)庫，每臺(tái)鍋爐脫硝SCR反應(yīng)系統(tǒng)按增加1對(duì)控制器及相應(yīng)控制機(jī)柜的形式，布置在相應(yīng)機(jī)組DCS的電子設(shè)備間內(nèi)。公用氨制備區(qū)設(shè)置DCS遠(yuǎn)程子站(增加1對(duì)控制器及相應(yīng)控制機(jī)柜)，通過光纖連接到1#機(jī)組DCS系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫與原1#機(jī)組DCS數(shù)據(jù)庫合并，并采用通信的方式將整套氨區(qū)的數(shù)據(jù)通信到2#機(jī)組DCS，滿足2#機(jī)組DCS對(duì)氨制備區(qū)設(shè)備的監(jiān)視和操作。SCR反應(yīng)器的吹灰設(shè)備也納入DCS控制。

1.2SCR煙氣脫硝工藝流程

川南電廠的脫硝裝置采用高含塵煙氣段布置，即布置在鍋爐省煤器出口高溫段，位于鍋爐空預(yù)器和除塵器之前。系統(tǒng)不設(shè)置旁路，煙氣從省煤器出口進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)后的煙氣直接進(jìn)入空氣預(yù)熱器，在省煤器和反應(yīng)器之間的煙道上設(shè)有噴氨格柵和混合器。每臺(tái)鍋爐煙氣分兩路從省煤器出口的煙道水平引出，經(jīng)過一段垂直向上的煙道，轉(zhuǎn)2個(gè)90°彎頭進(jìn)入脫硝反應(yīng)器，在垂直段煙道內(nèi)布置有噴氨格柵，用于氨的噴入，轉(zhuǎn)彎處及反應(yīng)器入口均有整流均布裝置，反應(yīng)器內(nèi)布有催化劑層，煙氣在反應(yīng)器內(nèi)接受催化劑的催化作用，NOx與NH3反應(yīng)生成N2和H2O，凈煙氣從SCR反應(yīng)器底部出來后進(jìn)入到下游的鍋爐空氣預(yù)熱器。反應(yīng)器內(nèi)依靠蒸汽吹灰器不間斷地吹掃，保證催化劑層表面不積灰，獲得可靠的脫硝率，維持穩(wěn)定的壓降，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。

2SCR反應(yīng)器氨氣噴射量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2.1控制系統(tǒng)的可靠性措施

控制系統(tǒng)的可靠性措施有以下幾個(gè)方面：1)控制器冗余配置；2)數(shù)據(jù)高速公路冗余；3)DCS的I/O機(jī)柜供電電源冗余；4)機(jī)柜內(nèi)供電雙重化；5)關(guān)鍵的參數(shù)測量均冗余設(shè)置，例如吸收塔頂部壓力和溫度值；6)采用微處理器技術(shù)的控制系統(tǒng)，均具有自診斷功能，在內(nèi)部故障還沒有干擾生產(chǎn)過程之前，即能在系統(tǒng)本身范圍內(nèi)檢測到故障并實(shí)行防止故障擴(kuò)大的措施，同時(shí)進(jìn)行報(bào)警和記錄[3]。

2.2 氨噴射自動(dòng)控制系統(tǒng)

噴氨量控制系統(tǒng)包括氨氣噴射流量的控制和氨氣事故截止閥的控制。系統(tǒng)根據(jù)鍋爐煙氣量、煙氣溫度、SCR反應(yīng)器進(jìn)出口NOx濃度、SCR反應(yīng)器出口氨逃逸量等運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)控制氨噴射量。控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　氨自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為保證脫硝的效率和高效的氨利用率，通過調(diào)節(jié)氨/空氣混合稀釋器入口閥開度，控制進(jìn)入氨/空氣混合稀釋器的氨的濃度，控制SCR反應(yīng)器出口氮氧化物的濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)排放值。為了獲得更好的動(dòng)態(tài)特性，引入SCR反應(yīng)器入口煙氣流量作為輔助信號(hào)。SCR反應(yīng)器出口氮氧化物濃度與其入口氮氧化物的濃度比較后，根據(jù)煙氣的流量以及設(shè)定的氮氧化物排放濃度計(jì)算出需要的氨流量作為調(diào)節(jié)流量的設(shè)定值來控制氨/空氣混合稀釋器入口調(diào)節(jié)閥的開度?？刂葡到y(tǒng)原理圖如圖2所示[4]。

圖2　SCR反應(yīng)器氨氣噴射量調(diào)節(jié)原理圖

3煙氣脫硝緊急停車裝置(ESD)控制系統(tǒng)存在的問題

煙氣脫硝ESD控制系統(tǒng)存在以下幾個(gè)問題。

1)氨儲(chǔ)罐噴淋降溫水和事故噴淋水水量未核算。

2)選用工業(yè)水作為水源，目前工業(yè)水泵裕量不足，還應(yīng)考慮水源問題。

3)液氨蒸發(fā)器設(shè)置為2×110%額定量，而規(guī)程要求按設(shè)計(jì)工況下氨氣消耗量的120%設(shè)計(jì)。

4)氨氣泄漏檢測器布置位置不清楚。

4煙氣脫硝ESD控制系統(tǒng)的改造

4.1工藝、儀表配置改造

工藝、儀表配置改造從以下幾個(gè)方面入手。

1)增加儲(chǔ)罐設(shè)置液位計(jì)、液位高開關(guān) 、壓力變送器。

2)氨罐的出液口設(shè)置ESD系統(tǒng)專用氣動(dòng)緊急關(guān)斷閥；氨罐進(jìn)液口設(shè)有氣動(dòng)緊急關(guān)斷閥，該閥與DCS共用，其閥體上設(shè)有由ESD系統(tǒng)控制的電磁閥起緊急關(guān)斷的作用。

3)在1#氨罐與2#氨罐之間以及2#氨罐與3#氨罐之間各安裝1個(gè)氨罐泄漏檢測儀，共計(jì)2個(gè)。

4.2控制系統(tǒng)可靠性的改進(jìn)

控制系統(tǒng)采取以下措施增加系統(tǒng)的可靠性。

1)信號(hào)檢測時(shí)，為保證重要信號(hào)的可靠性，SCR反應(yīng)器入口溫度采用三選二測量方式，1#、2#液氨儲(chǔ)罐壓力采用二選一測量方式。

2)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善的聯(lián)鎖功能，如備用設(shè)備啟停聯(lián)鎖、箱罐池的高低液位聯(lián)鎖、管道設(shè)備沖洗聯(lián)鎖等，使控制系統(tǒng)能對(duì)運(yùn)行工況變化自動(dòng)及時(shí)地作出反應(yīng)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3)信號(hào)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)能在脫硝工程越限、保護(hù)動(dòng)作以及重要控制裝置電源故障時(shí)，通過分散控制系統(tǒng)的LCD報(bào)警，并可進(jìn)行相關(guān)的報(bào)警記錄及打印[5]。

4.3保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)

保護(hù)系統(tǒng)的改進(jìn)有以下幾種情況。

1)當(dāng)1#氨罐達(dá)到高高液位2 910 mm，或1#氨罐液位高報(bào)警開關(guān)訊號(hào)來，或1#氨罐兩個(gè)壓力變送器中任一檢測值達(dá)到高限2 200 kPa時(shí)，則自動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)緊急關(guān)斷閥00HSJ11AA001。

2)當(dāng)2#氨罐達(dá)到高高液位2 910 mm，或2#氨罐液位高報(bào)警開關(guān)訊號(hào)來，或2#氨罐兩個(gè)壓力變送器中任一檢測值達(dá)到高限2 200 kPa時(shí)，則自動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)緊急關(guān)斷閥00HSJ12AA001。

3)當(dāng)3#氨罐達(dá)到高高液位2 910 mm，或3#氨罐液位高報(bào)警開關(guān)訊號(hào)來，或3#氨罐兩個(gè)壓力變送器中任一檢測值達(dá)到高限2 200 kPa時(shí)，則自動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)緊急關(guān)斷閥00HSJ13AA001。

4)當(dāng)1#、2#氨泄漏檢測儀檢測漏氨濃度達(dá)到高高限75 ppm ，或2#、3#氨泄漏檢測儀檢測漏氨濃度達(dá)到高高限75 ppm，或1#、2#氨泄漏檢測儀與2#、3#氨泄漏檢測儀檢測氨濃度均達(dá)到高限60 ppm ，且同時(shí)超過高限的時(shí)間長于60 s時(shí)，則關(guān)緊急關(guān)斷閥00HSJ11AA001、00HSJ12AA001、00HSJ13AA001、00HSK11AA001、00HSK12AA001、00HSK13AA001，切斷進(jìn)出料。

5脫硝系統(tǒng)主要故障處理

5.1故障處理的一般原則

1)故障發(fā)生時(shí)迅速按規(guī)程規(guī)定正確處理，在保證人身、設(shè)備安全的前提下，盡量不影響機(jī)組安全運(yùn)行。

2)應(yīng)正確判斷和處理故障，防止故障擴(kuò)大，限制故障范圍或消除故障原因，恢復(fù)裝置運(yùn)行。在裝置確已不具備運(yùn)行條件或危害人身、設(shè)備安全時(shí)，應(yīng)立即停運(yùn)處理。當(dāng)達(dá)到應(yīng)急預(yù)案響應(yīng)級(jí)別時(shí)，立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

3)故障處理完畢，運(yùn)行人員應(yīng)實(shí)事求是地把事故發(fā)生的時(shí)間、現(xiàn)象、所采取的措施等做好記錄。并組織有關(guān)人員對(duì)事故進(jìn)行分析、討論、總結(jié)，從中吸取教訓(xùn)[6]。

5.2氨區(qū)系統(tǒng)常見故障診斷及處理方法

氨區(qū)系統(tǒng)常見故障診斷及處理方法如表1所示。

5.3SCR系統(tǒng)常見故障診斷及處理方法

SCR系統(tǒng)常見故障診斷及處理方法見表2。

表1　氨系統(tǒng)常見故障診斷及處理方法

表1　(續(xù))

表2　SCR系統(tǒng)常見故障診斷及處理方法

6結(jié)束語

對(duì)煙氣脫硝ESD控制系統(tǒng)進(jìn)行改造后，消除了安全隱患，降低了NOx的排放。此次煙氣脫硝ESD控制系統(tǒng)的改造，不但提高了系統(tǒng)的安全性，而且取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，并且對(duì)緩解酸雨污染及降低溫室效應(yīng)起到了更大的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張林軍．300 MW機(jī)組鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化研究[D]．廣州：華南理工大學(xué)，2010.

[2]徐妍 ．SCR反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì)及對(duì)鍋爐運(yùn)行影響的研究[D]．北京：華北電力大學(xué)：2008.

[3]孫小青．燒結(jié)煙氣氨法脫硫DCS控制系統(tǒng)[J]．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2014(8)：63.

[4]謝碧蓉，向賢兵，曾蓉．熱工過程自動(dòng)控制技術(shù) [M]．2版.北京：中國電力出版社，2015：315.

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[5]國家能源局.火電廠煙氣脫硝(SCR)裝置運(yùn)行技術(shù)規(guī)范 ：DL/T 335—2010[S].北京：中國電力出版社，2011.

A Study on the Emergency Shutdown Device Control System of Denitration and Its Renovation

WEN Yao1，XIE Birong2

(1．Sichuan Luzhou Chuannan Power Generation Co., Ltd.，Luzhou Sichuan 646007，P.R.China；2．Chongqing Electric Power College，Chongqing 400053，P.R.China)

Abstract：This article introduces the technological process of the denitration system in Sichuan Luzhou Chuannan Power Generation Co., Ltd.．Based on the problems of the Emergency Shutdown Device(ESD) control system of denitration，it also introduces its renovation in the aspects of the technology，the instrument configuration，the reliability of the control system and the protection system，which has improved the security of the system and the economic benefits of the enterprise．Finally，it discusses about the diagnoses of common faults and related solutions of the Selective Catalytic Reduction(SCR) system．

Key words：denitration system；renovation；energy conservation and emission reduction

收稿日期：2015-05-12

作者簡介：文堯(1983-)，助理工程師，研究方向?yàn)闊峁み^程自動(dòng)控制。

中圖分類號(hào)：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-8032(2016)02-0044-05