氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置在電廠1000MW機(jī)組中的應(yīng)用及優(yōu)化

【摘 要】本文介紹了靖海電廠1000MW機(jī)組氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置的原理與結(jié)構(gòu)，對(duì)其運(yùn)行中的常見問題進(jìn)行分析，提出對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、電源、反吹氣源的改造措施，并提出優(yōu)化DCS邏輯和強(qiáng)化設(shè)備管理維護(hù)的建議。

【關(guān)鍵詞】脫硝；氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置；問題分析；優(yōu)化措施

為了減少煙囪出口氮氧化物的排放量，我廠#3、4百萬(wàn)機(jī)組均設(shè)計(jì)安裝了脫硝裝置，采用向鍋爐尾部煙道噴入氨氣的選擇性催化還原脫硝工藝（SCR）。為防止脫硝噴氨過量帶來的氨氣浪費(fèi)、空預(yù)器堵塞等一系列問題，我廠在脫硝出口安裝了氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置，根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的逃逸氨量來調(diào)整噴氨量，防止噴氨過多。然而，該裝置投運(yùn)兩年多來產(chǎn)生了不少問題，本文對(duì)這些問題進(jìn)行分析總結(jié)，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)和優(yōu)化措施。

1 測(cè)量原理

我廠氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置采用抽取式催化反應(yīng)化學(xué)發(fā)光法。

1.1 抽取式催化反應(yīng)法

將監(jiān)測(cè)裝置的取樣探頭分成NOx-NH3通道和NOx通道。NOx-NH3通道內(nèi)NH3和NOx在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：

由上式可知，反應(yīng)中NH3和NOx等量被消耗，反應(yīng)后煙氣中減少的NOx的濃度和NH3的濃度相等。而NOx通道沒有催化劑，NOx不會(huì)被消耗。因此，兩個(gè)通道的NOx濃度差值正好與NH3的濃度相等。

1.2 化學(xué)發(fā)光法

該方法的原理是：讓NO與臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)產(chǎn)生的光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，從而間接測(cè)量出樣氣中NO的濃度。反應(yīng)方程式為：

反應(yīng)首先生成高能級(jí)的NO2，高能級(jí)的NO2向基態(tài)NO2跳變的過程中釋放出光子hv（紫外光）。光強(qiáng)度和NO2的濃度成正比。化學(xué)發(fā)光法準(zhǔn)確度很高，可以檢測(cè)到分子的個(gè)數(shù)級(jí)別。

2 裝置結(jié)構(gòu)

本裝置由取樣探頭單元、反吹裝置及伴熱管路、預(yù)處理單元、分析儀單元等部分組成（圖1）。取樣探頭抽取的樣氣，首先進(jìn)入預(yù)處理單元進(jìn)行處理，然后進(jìn)入分析儀進(jìn)行測(cè)量。反吹裝置對(duì)探頭及取樣管路進(jìn)行定期反吹。

2.1 取樣探頭單元

取樣探頭由探針、過濾器、NOx通道、NOx-NH3通道、催化劑、加熱裝置等組成。探針抽取的樣氣由過濾器過濾后分為兩路：一路進(jìn)入NOx-NH3通道；另一路進(jìn)入NOx通道。加熱裝置將探頭加熱到最利于催化反應(yīng)的350℃。

2.2 反吹裝置及伴熱管路

探頭和預(yù)處理單元之間的管路采用伴熱管線，通過電阻絲將管路加熱至150℃，防止管路內(nèi)的水蒸氣冷凝引起堵塞。為防止探頭過濾器及管路積灰堵塞，設(shè)置反吹裝置進(jìn)行反吹清洗。氣源采用電廠儀用壓縮空氣，由PLC控制反吹管路電磁閥實(shí)現(xiàn)定期反吹。

2.3 預(yù)處理單元

預(yù)處理單元對(duì)樣氣進(jìn)行除水、SO3等處理并穩(wěn)定樣氣流量。NOx通道和NOx-NH3通道的兩路樣氣分別經(jīng)過一級(jí)冷凝器、驅(qū)霧器、轉(zhuǎn)化器、過濾器、流量計(jì)、針型閥、采樣泵和二級(jí)冷凝器進(jìn)行預(yù)處理。驅(qū)霧器吸收樣氣中SO3產(chǎn)生的酸霧，轉(zhuǎn)化器將樣氣中的NO2全部轉(zhuǎn)化為NO。樣氣流量控制在1.5±0.25L/min的范圍內(nèi)。

2.4 分析儀單元

該單元由臭氧發(fā)生器、O2分析儀、標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、NO分析儀等組成。臭氧發(fā)生器產(chǎn)生并提供用于化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的臭氧。O2分析儀測(cè)量樣氣中的O2含量。標(biāo)準(zhǔn)氣瓶用于分析儀的量程校準(zhǔn)和零點(diǎn)校準(zhǔn)。NO分析儀采用交替流動(dòng)方式，讓NOx通道樣氣、NOx-NH3通道樣氣、參比氣（N2）交替進(jìn)入同一個(gè)檢測(cè)池，被同一個(gè)光源檢測(cè)器檢測(cè)。與采用兩個(gè)檢測(cè)池分別檢測(cè)樣氣和參比氣的方式相比，本方式從理論上消除了儀器的零點(diǎn)漂移和系統(tǒng)誤差。

3 運(yùn)行中存在的問題

3.1 設(shè)備運(yùn)行環(huán)境差

鍋爐上用于安裝分析儀的分析小間，周邊環(huán)境溫度和濕度比較高，分析儀本身發(fā)熱量也非常大。該房間內(nèi)只配置一臺(tái)壁掛式空調(diào)，沒有設(shè)置除濕機(jī)，不能滿足儀器的溫濕度要求。

3.2 電源單一不可靠

氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置是后來增加的系統(tǒng)，機(jī)組規(guī)劃設(shè)計(jì)之初沒有預(yù)留專門的供電回路。裝置安裝時(shí)從附近的檢修電源箱引一路電源為其供電。檢修電源箱沒有設(shè)置雙路電源，導(dǎo)致氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置存在隨時(shí)斷電的風(fēng)險(xiǎn)。此外，當(dāng)380V檢修段上突然有大功率負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，會(huì)造成該段母線電壓瞬時(shí)大幅下降，影響氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置正常工作。

3.3 反吹用氣源不合要求

反吹的目的是清除探頭上積聚的粉塵，要求壓縮空氣干燥無(wú)水無(wú)雜質(zhì)，而且壓力盡量高（不超過0.97MPa）。而空壓機(jī)干燥器的處理能力有限，壓縮空氣含有一定的水分。反吹裝置上的壓縮空氣過濾器只能人工排水，經(jīng)常由于排水不及時(shí)造成探頭過濾器和樣氣管路粘灰堵塞。此外，空壓機(jī)至反吹裝置的管路很長(zhǎng)，壓縮空氣存在較大的壓降，導(dǎo)致反吹效果不好。

3.4 噴氨過量時(shí)NH3測(cè)不準(zhǔn)

如果脫硝系統(tǒng)運(yùn)行中噴氨過量，脫硝率太高，造成出口煙氣中NOx的濃度小于逃逸的NH3濃度。此時(shí)沒有足夠的NOx與NH3發(fā)生反應(yīng)，NOx-NH3通道內(nèi)減少的NOx量小于實(shí)際的NH3量，測(cè)得的NH3值小于實(shí)際值。然而，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)發(fā)生噴氨系統(tǒng)流量計(jì)不準(zhǔn)、噴氨門調(diào)節(jié)不好或機(jī)組大幅降負(fù)荷等情況，噴氨量常常會(huì)大于實(shí)際需要量。

3.5 探頭及樣氣管路極易堵塞

運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)樣氣流量過小甚至為零的現(xiàn)象，這些往往是由探頭濾芯嚴(yán)重堵塞或者取樣管路堵塞造成的。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，引起探頭及樣氣管路堵塞的原因主要有：壓縮空氣反吹效果不好；管路加熱裝置偶爾不工作導(dǎo)致管路中水蒸氣凝結(jié)；探頭及管路定期清理維護(hù)不及時(shí)。

4 優(yōu)化措施

4.1 改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境

分析儀屬于精密電子元件，對(duì)溫度、濕度等環(huán)境條件要求高（一般溫度為15～28℃，濕度為40%～70%）。因此，在分析小間配置2臺(tái)空調(diào)、1臺(tái)工業(yè)用除濕機(jī)，在分析儀機(jī)柜內(nèi)安裝溫度、濕度儀，并將溫濕度信號(hào)送至DCS畫面，實(shí)現(xiàn)溫濕度在線遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視。

4.2 優(yōu)化電源回路配置

為提高電源供電可靠性，改用雙路電源冗余布置，并配置自動(dòng)切換開關(guān)，當(dāng)一路停電時(shí)自動(dòng)切換至另一路供電。兩路電源分別取自380V鍋爐A段和B段。此外，在供電系統(tǒng)中增加一臺(tái)UPS裝置，連接外置蓄電池，提高電源品質(zhì)，同時(shí)在外部交流電全部失去后仍能對(duì)裝置進(jìn)行2小時(shí)供電。

4.3 改造壓縮空氣反吹裝置

針對(duì)壓縮空氣不干燥且存在壓降的問題，我們?cè)诜创倒苈飞霞友b儲(chǔ)氣罐并設(shè)置自動(dòng)排水電磁閥（圖2）。儲(chǔ)氣罐起到穩(wěn)定壓縮空氣壓力的作用。排水電磁閥由PLC控制，在每次探頭及管路反吹前首先打開儲(chǔ)氣罐排水電磁閥排水3分鐘。排水電磁閥關(guān)閉后，再進(jìn)行吹掃，從而確保壓縮空氣干燥，防止探頭過濾器或者取樣管路積灰堵塞。

4.4 增加噴氨過量報(bào)警信號(hào)

根據(jù)裝置的測(cè)量原理，對(duì)出口煙氣中NOx濃度、實(shí)際NH3濃度和測(cè)量NH3濃度之間的關(guān)系進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論：①當(dāng)實(shí)際NH3濃度

4.5 對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視

將取樣探頭加熱溫度、伴熱管加熱溫度、冷凝器溫度等重要參數(shù)分別以4～20mA信號(hào)送至DCS系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和分析。根據(jù)這些溫度信號(hào)判斷探頭加熱裝置、管路加熱裝置和冷凝器是否工作正常，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即采取措施，防止水蒸氣凝結(jié)造成堵塞。

4.6 強(qiáng)化設(shè)備管理維護(hù)

通過設(shè)備的精細(xì)化管理，及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行健康狀況，盡早發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備存在的隱患，減少設(shè)備故障率，從而確保設(shè)備長(zhǎng)期健康穩(wěn)定運(yùn)行。具體措施如下：

（1）完善設(shè)備臺(tái)賬，加強(qiáng)易耗件的備品備件管理，做好更換備件記錄；

（2）每天組織維護(hù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行全方位的巡檢，發(fā)現(xiàn)問題盡快處理；

（3）每月定期對(duì)取樣探頭過濾器進(jìn)行清理，每月對(duì)分析儀進(jìn)行一次人工零點(diǎn)校驗(yàn)和量程校驗(yàn)，并做好相關(guān)記錄；

（4）每周對(duì)設(shè)備健康狀況進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)備出現(xiàn)過的異常及故障情況進(jìn)行分析、總結(jié)并記錄。

5 結(jié)語(yǔ)

逃逸氨量是鍋爐運(yùn)行的重要參數(shù)之一，它測(cè)量的準(zhǔn)確性及精度直接影響鍋爐脫硝系統(tǒng)和空預(yù)器運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行改造和優(yōu)化后，其故障情況大幅減少。我們需要對(duì)氨逃逸監(jiān)測(cè)裝置出現(xiàn)的問題繼續(xù)分析總結(jié)，不斷改進(jìn)和優(yōu)化，保證其長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

【參考文獻(xiàn)】

[1]武寶會(huì)，崔利.火電廠SCR煙氣脫硝控制方式及其優(yōu)化[J].熱力發(fā)電，2013，42（10）：116-119.

[2]呂國(guó)軍.CEMS系統(tǒng)故障預(yù)診斷技術(shù)[J].中國(guó)儀器儀表，2010（2）：38-39，50.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]