火電廠脫硝系統誤退原因分析及解決方案

吳慧玲

（中國大唐集團馬鞍山當涂發電有限公司，安徽 馬鞍山243102）

1 引言

隨著我國經濟實力的增強，耗電量也將逐步加大。目前，我國已經開展了大規模的煙氣脫硫項目，但煙氣脫硝還未大規模的開展。有研究資料表明，假如現階段仍不加強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的正常穩定高效的運行是很有必要的。目前我國燃煤發電廠煙氣脫硝系統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，是脫硝應用最廣泛的技術。SCR的意思是煙氣中的氮氧化合物選擇性的和還原劑進行反應，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并讓其正常穩定運行是非常重要的。

本文的實驗對象馬鞍山當涂發電有限公司的脫硝系統，其采用選擇性催化還原脫硝（SCR），還原劑為尿素。該公司的脫硝系統具有代表性，對其脫硝系統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 脫硝系統介紹

2.1 脫硝尿素公用系統

尿素熱解法公用系統包括尿素儲倉、尿素溶解罐、尿素溶液混合泵、尿素溶液儲罐、尿素溶液循環泵、計量和分配裝置、熱解爐（內含噴射器、燃燒器）系統等。

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

圖1 尿素溶解系統

2.2 脫硝煙氣及反應系統

煙氣系統包括從鍋爐省煤器出口至SCR反應器本體入口、SCR反應器本體出口至空預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系統入口→噴氨格柵→煙氣／氨靜態混合器→導流板→整流裝置→催化劑層→凈煙氣→SCR反應器出口→空氣預熱器入口。

圖2 熱解爐及SCR系統

SCR的化學反應方程式是：

在整個煙氣系統當中，主要的設備有反應器、噴氨系統、催化劑及其輔助吹灰系統等［2］。

3 對脫硝系統非正常退出原因的統計分類

通過對2013～2014年脫硝系統誤退事件原因進行統計得出脫硝系統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%。由于脫硝一次風流量小于6000退出的有3起占總事件的13%。以上數據可以看出要想降低脫硝系統的誤退就得從這3個方面入手。

4 對脫硝系統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。機務檢修尿素制備區導致尿素母管壓力低進而造成脫硝系統的退出的有3起。

（2）設備因素。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故障，造成液位顯示不準確，就容易造成脫硝系統退出。因為尿素儲存罐液位低于0.4m（單點），跳閘高流量循環泵，進而導致脫硝系統退出。

由于設計時兩臺高流量循環泵是一運一備，但是兩臺泵之間的聯鎖條件在設計時沒有考慮全面，當運行高流量循環泵故障跳閘時，備用高流量循環泵沒有設計聯鎖啟動，從而會造成高流量循環泵出口壓力低于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）退脫硝系統的事件所占比重很大，所以熱控班加強對高流量循環泵出口壓力進行檢查并定期校驗，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備故障而造成設備誤動，從邏輯設計上采用容錯邏輯設計方法，對進入保護聯鎖系統的模擬量信號合理設置延時時間等故障診斷功能，減少或消除因接線松動、干擾信號或設備故障引起的信號突變而導致的控制對象異常動作。現增加的聯鎖保護邏輯是：聯鎖按鈕投入，高流量循環泵運行泵跳閘信號發出，備用泵自啟。聯鎖按鈕投入，高流量循環泵出口母管壓力低于1.35MPa，延時15s，備用泵聯啟。尿素儲存罐液位低于0.4m（單點），延時60s，跳閘高流量循環泵。高流量循環泵出口壓力低于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致脫硝系統退出的原因分析

電加熱器出口溫度的測量值是直接送到電加熱器的數顯表上的，參與電加熱器投入運行電加熱棒的數量的計算，然后再送至DCS。所以有兩方面的原因導致電加熱出口溫度異常導致脫硝系統的退出。

（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、干擾信號或設備故障引起信號突變，就會導致脫硝系統異常退出。

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

4.4 電加熱器出口溫度偏低或偏高導致脫硝系統退出的解決方案

由于電加熱器出口溫度測點的測量數據直接送到數顯表，而DCS系統的該溫度顯示值是從數顯表上取的，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，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顯表上。關于數顯表跳變問題很好解決，更換新的數顯表，并在電加熱器機柜上加裝防雨罩，從根本上解決數顯表異常的問題。

（1）脫硝熱一次風流量小于6000t／h導致脫硝系統退出的原因分析。由于脫硝熱一次風流量的測量裝置有三個，邏輯設計為當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。該問題經常出現的原因為取樣管上設置有針型閥，取樣管道經常積灰堵塞，導致脫硝熱一次風流量低。

（2）脫硝熱一次風流量小于6000t／h退脫硝的解決方案。對脫硝熱一次風的取樣管道進行改造，取消針型閥，避免取樣管道經常性的積灰，堵塞變送器。運行人員要加強對畫面的監視，發現問題及時聯系相關人員進行吹掃。

5 結語

通過對馬鞍山當涂發電有限公司脫硝系統誤退原因的分析可以看出：在脫硝系統設計時一些重要的數據未能做到冗余設計（如電加熱出口的溫度測量元件等）；重要設備的聯鎖投入條件不完善（如兩臺高流量循環泵的聯鎖條件）；在脫硝系統運行維護中，未能對重要設備進行防雨防潮防凍保護。

本文通過對選擇性催化還原脫硝（SCR）的研究，對其脫硝系統誤退原因進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的誤退次數，為節能減排做出貢獻，希望能對采用相同技術的火電廠的脫硝系統的維護有所幫助。

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

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