淺談煙氣超低改造中熱控設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

王繼華

摘 要：人類在開發(fā)利用能源的同時(shí)，也面臨著日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，超越了環(huán)境自身的承載能力，使生態(tài)環(huán)境越發(fā)惡化。火電廠燃煤鍋爐在發(fā)電過程中，排放了大量的煙塵、二氧化硫、氮氧化物。2014年9月，國家發(fā)改委、環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃》之后，全國各地的燃煤電廠廣泛開展建設(shè)煙氣超低排放改造項(xiàng)目。筆者經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，通過本文簡要介紹在超低改造項(xiàng)目中熱控專業(yè)設(shè)計(jì)中的主要改造內(nèi)容，設(shè)計(jì)中的相關(guān)注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：超低排放 CEMS 微塵儀

中圖分類號(hào)：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）08（b）-0041-02

依據(jù)環(huán)保最新要求，燃煤機(jī)組在煙氣排放的標(biāo)準(zhǔn)為氮氧化物50mg/m3、二氧化硫35mg/m3、煙塵5mg/m3（具體規(guī)定查閱《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223-2011）。為滿足污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，大部分燃煤機(jī)組在原有脫硫、脫硝、除塵等配置的基礎(chǔ)上進(jìn)行了煙氣超低排放改造的建設(shè)。而在此改造項(xiàng)目中，熱控專業(yè)設(shè)計(jì)的主要改造內(nèi)容有以下幾個(gè)方面。

1 DCS/PLC控制系統(tǒng)

根據(jù)改造后的工藝系統(tǒng)流程圖（PID系統(tǒng)圖），熱控設(shè)計(jì)人員據(jù)此統(tǒng)計(jì)出項(xiàng)目改造新增的I/O測點(diǎn)數(shù)量；經(jīng)現(xiàn)場踏勘或是工程資料收資，獲悉改造前DCS/PLC控制系統(tǒng)的具體配置情況、技術(shù)協(xié)議的其他要求（是否有新增操作站，控制系統(tǒng)升級(jí)改造，歷史站擴(kuò)容改造等內(nèi)容），從而選擇控制系統(tǒng)的配置方案。常規(guī)設(shè)計(jì)有在原有機(jī)柜內(nèi)新增部分卡件、有新增擴(kuò)展柜、有新增控制柜等幾種設(shè)計(jì)方案。但通常情況下，新增機(jī)柜的電源取自原有控制系統(tǒng)電源柜中的備用回路開關(guān)，無需額外新增電源柜。

注意事項(xiàng)如下。

（1）無論超低改造時(shí)，控制系統(tǒng)配置方案如何，切勿忘記將新增設(shè)備和對(duì)已有設(shè)備的組態(tài)、現(xiàn)場調(diào)試、軟件系統(tǒng)改造工作等及在原操作員站（或新操作站）上增加本期的畫面組態(tài)工作等內(nèi)容包含在DCS/PLC控制系統(tǒng)采購內(nèi)容中。

（2）在DCS/PLC控制系統(tǒng)改造時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)現(xiàn)場踏勘，核實(shí)原有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接口配置情況，是否有足夠的空余接口用于改造新增機(jī)柜設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接，若交換機(jī)備用接口數(shù)量不足，應(yīng)在控制系統(tǒng)設(shè)備采購階段，考慮升級(jí)交換機(jī)及其相應(yīng)的設(shè)備、線纜配備等。

2 熱工儀表

根據(jù)改造后的工藝系統(tǒng)流程圖（PID系統(tǒng)圖：Piping & Instrument Diagram，又稱帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。包括所有的管路、工藝設(shè)備、熱工儀表、以及各種閥門等），熱控設(shè)計(jì)人員依據(jù)工藝配置要求、熱工儀表的設(shè)置位置、介質(zhì)測量條件、量程范圍等內(nèi)容，對(duì)熱工儀表（含溫度、壓力、流量、液位、密度等）進(jìn)行合理選型，滿足用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)連鎖控制需要，重要參數(shù)的現(xiàn)場監(jiān)視等。

注意事項(xiàng)如下。

（1）熱工儀表的安裝方式（法蘭、螺紋、插入式）和接口尺寸，必須確保與相關(guān)專業(yè)預(yù)留接口相匹配。尤其是吸收塔上的儀表管口、箱罐上的儀表管口等。確保現(xiàn)場到貨儀表、閥門等與設(shè)備達(dá)到無縫連接。

（2）特別注意測量漿液的變送器儀表，應(yīng)配置沖洗環(huán)，且需在安裝材料清冊中開列沖洗閥門、沖洗管道等輔材；測量漿液的電磁流量計(jì)儀表，應(yīng)配置接地環(huán)，且需在安裝材料清冊中開列接地線輔材。熱工儀表安裝圖應(yīng)依據(jù)儀表供貨廠家資料進(jìn)行繪制。

3 熱工電源

在超低改造項(xiàng)目中，關(guān)于熱工電源的配置改造，完全依據(jù)改造新增電負(fù)荷的容量、回路數(shù)量以及原有電源柜的配置情況來選擇電源改造方案。通常有以下兩種情況。

（1）新增負(fù)荷較少，回路較少，經(jīng)核實(shí)原有電源柜中備用開關(guān)回路可滿足本次改造新增設(shè)備（熱工儀表、氣動(dòng)/電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的供電，可直接利舊原機(jī)柜，原有備用回路或在原機(jī)柜內(nèi)新增部分開關(guān)。

（2）新增負(fù)荷較多，回路較多，經(jīng)核實(shí)原有電源柜內(nèi)備用回路開關(guān)無法滿足本次改造新增設(shè)備（熱工儀表、氣動(dòng)/電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的供電，則選擇新增熱工電源柜的方案，并向電氣專業(yè)進(jìn)行電負(fù)荷提資，給新增電源柜提供進(jìn)線電源。

注意事項(xiàng)：采取新增熱工電源柜的方案時(shí)，若是原有熱工電子設(shè)備間內(nèi)無機(jī)柜備用位置，可依據(jù)新增設(shè)備的實(shí)際布置位置，選擇設(shè)置一個(gè)或多個(gè)就地電源箱的供電方式。

4 煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）

在燃煤機(jī)組煙氣超低排放改造項(xiàng)目中，CEMS系統(tǒng)的改造是必不可少的，且是非常重要的環(huán)節(jié)。CEMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)測量輸出的各類參數(shù)值，將直接接至環(huán)保平臺(tái)。煙氣超低排放改造后，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)是否達(dá)標(biāo)，將以凈煙氣出口CEMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測結(jié)果為準(zhǔn)。在執(zhí)行超低排放標(biāo)準(zhǔn)之前，對(duì)氮氧化物、二氧化硫、煙塵的排放要求并不高，故在原有系統(tǒng)配置時(shí)，對(duì)測量儀表、分析儀表的量程選型較大，根本無法滿足超低排放的測量要求。故而在超低改造時(shí)，對(duì)凈煙氣出口CEMS系統(tǒng)采取分析儀更換、部分測量儀表更換或是全套CEMS系統(tǒng)更換等多種方案，具體改造內(nèi)容依據(jù)電廠原有CEMS配置情況而定。

凈煙氣出口CEMS系統(tǒng)監(jiān)測的主要參數(shù)有SO2濃度、NOX濃度、O2濃度、煙塵濃度、煙氣流量、壓力、溫度、濕度。

其中煙塵濃度通常采用微塵儀（量程為0～10mg/m3）測量。測量原理有電暈荷電、空氣動(dòng)力學(xué)、激光散射、微振天平等。目前項(xiàng)目中使用頗多的測量原理為激光散射法，優(yōu)點(diǎn)為快速響應(yīng)、設(shè)備簡單；缺點(diǎn)為受顆粒物特性的影響（密度、大小等），無法區(qū)分水滴和顆粒物。光學(xué)法微塵儀主要有福德世（PFM06ED）、西克麥哈克（FWE200）、杜拉格（DR800系列）等品牌。不同供貨商所供的微塵儀及其配套設(shè)備，所需電源電壓等級(jí)、容量均有所不同，設(shè)計(jì)人員應(yīng)依據(jù)原有CEMS電源配置情況，微塵儀系統(tǒng)電源要求等兩方面綜合考慮微塵儀的電源取向。可通過CEMS系統(tǒng)電源箱供電，亦或直接由電氣開關(guān)柜提供供電回路。

其中煙氣流量通常采用矩陣多點(diǎn)流量測量裝置。煙氣測量一次測量元件是基于靠背測量原理。特點(diǎn)有免維護(hù)-自清灰功能；準(zhǔn)確-矩陣多點(diǎn)布置測點(diǎn)；安裝方便-插入式；耐磨-外加涂層。根據(jù)工程具體工況，煙道尺寸，通過流量計(jì)算模型得出最佳測點(diǎn)數(shù)量。采用耐磨涂層，可保證1～2個(gè)大修期內(nèi)不被磨損。

5 熱工電纜

關(guān)于超低改造項(xiàng)目中，熱工電纜清冊是熱控設(shè)計(jì)必不可少的內(nèi)容。熱工電纜的具體選型、截面參數(shù)等應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程規(guī)范以及超低改造技術(shù)協(xié)議對(duì)電纜的技術(shù)規(guī)范要求。熱工電纜的編碼原則應(yīng)與原有系統(tǒng)保持一致，方便運(yùn)行檢修維護(hù)。在改造中涉及移位的設(shè)備，可依據(jù)移位距離的長短，進(jìn)而決定電纜是否更換；在改造中涉及原位更換的設(shè)備，通常采取電纜利舊的原則，除非更換后的設(shè)備電源、信號(hào)等與原設(shè)備的差別較大，電纜再按照新增考慮。

6 結(jié)語

每個(gè)燃煤機(jī)組在脫硫、脫硝、除塵裝置的配置、設(shè)備投運(yùn)的時(shí)間、實(shí)際使用情況、污染物脫除效率等方面均各不相同，故而在超低排放改造時(shí)，各個(gè)專業(yè)涉及的改造內(nèi)容亦是不同，本文僅是概述的列出熱控專業(yè)改造的一些共性內(nèi)容，并不能全面代表改造中的全部設(shè)計(jì)內(nèi)容。每個(gè)項(xiàng)目都是個(gè)體，都有相對(duì)適合匹配的改造方案和詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容。

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