600MW超臨界機(jī)組超低排放脫硫CEMS改造研究

潘小清

福建省鴻山熱電有限責(zé)任公司

1 引言

二氧化硫、氮氧化物和煙塵是燃煤電廠的主要污染排放因子。煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)CEMS（continuous emissions monitoring）是用于實(shí)時(shí)監(jiān)測火電廠煙氣排放中的污染物指標(biāo)，并及時(shí)將數(shù)據(jù)上傳到上級環(huán)保部門的設(shè)備[1]。鴻山熱電廠擁有兩臺600MW超臨界機(jī)組，為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的方針，鴻山熱電廠在2017年初對兩臺機(jī)組進(jìn)行了超低排放的改造，以滿足國家環(huán)保部和能源局規(guī)定的超低排放指標(biāo)，即在基準(zhǔn)含氧量6%的情況下，煙塵、SO2和NOx分別達(dá)到10、35和50mg/m3[2]。

改造方案包括：（1）在原SCR脫硝（2+1層催化劑）的基礎(chǔ)上再增加一層催化劑，以提升脫硝效率；（2）吸收塔增加旋回耦合裝置，漿液噴淋層由原來的3層增加到4層，提高漿液與煙氣的混合強(qiáng)度，吸收塔出口除霧器由屋脊式改為管式，提升除塵除霧效果；（3）電除塵入口加裝低溫省煤器，降低煙氣流速和比電阻，對電除塵電源進(jìn)行高頻電源改造，提升除塵效率。

2 脫硫CEMS設(shè)備選型和調(diào)試

根據(jù)超低排放的要求，脫硫吸收塔出口的煙氣中煙塵、SO2和NOx的濃度都已降低，為了滿足煙氣低濃度的測量需要，對脫硫進(jìn)出口煙氣設(shè)備同時(shí)進(jìn)行了改造。

整套脫硫CEMS系統(tǒng)主要包含有氣態(tài)污染物（SO2、NOx）的監(jiān)測子系統(tǒng)、煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)、參數(shù)監(jiān)測控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理和控制子系統(tǒng)。

2.1 氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)

對脫硫出口煙氣內(nèi)的氣體污染物采用直接抽取法進(jìn)行測量，在取樣探頭處進(jìn)行初步除塵過濾，再經(jīng)由伴熱管加熱后送至系統(tǒng)柜內(nèi)。柜內(nèi)預(yù)處理單元采用滲透干燥管兩級干燥，除去樣氣中的水分，無需冷凝，改善了煙氣中SO2溶于水而對測量結(jié)果產(chǎn)生偏差的情況。另外柜內(nèi)加裝除氨器，去除煙氣內(nèi)所含的銨鹽，防止分析儀表污染。分析儀采用SIEMENS公司的ULTRAMAT23的分析儀，利用非分散紅外吸收法的原理，根據(jù)煙氣中SO2和NOx對紅外線光譜的吸收程度來測量污染物濃度，測量范圍寬，穩(wěn)定可靠。

污染物監(jiān)測系統(tǒng)采用直接抽取經(jīng)預(yù)處理后導(dǎo)入分析儀的方式，其優(yōu)點(diǎn)是中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)比較少，測量精度高，結(jié)構(gòu)簡單，能實(shí)現(xiàn)一臺儀表對多個(gè)參數(shù)的測量。缺點(diǎn)是對伴熱管線加熱溫度要求比較高，要保持在130℃到160℃，同時(shí)為了防止取樣探頭長時(shí)間工作后堵塞，需要定時(shí)對探頭進(jìn)行反吹；預(yù)處理部分對壓縮空氣要求較高，維護(hù)工作量大[3-4]。整套氣態(tài)污染物監(jiān)測機(jī)柜如圖1所示。

圖1 ULTRAMAT23污染物監(jiān)測機(jī)柜

2.2 煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)

煙塵的測量采用德國DURAG SBF800粉塵儀。SBF800粉塵儀是一款高敏感度的連續(xù)測量系統(tǒng)，采用抽取法，稀釋加熱，根據(jù)光的散射來測量樣氣中煙塵的濃度。成套系統(tǒng)配有一臺射流風(fēng)機(jī)和一臺稀釋風(fēng)機(jī)，取樣加熱探桿，光學(xué)測量傳感器和PLC控制單元測量時(shí)抽取的煙氣通過稀釋和加熱等預(yù)處理后送到光學(xué)傳感器處進(jìn)行測量，計(jì)算輸出電流信號作為煙氣中煙塵的含量[5]。

抽取稀釋的方式測量超低排放的煙塵，優(yōu)點(diǎn)是儀器采用散射法測量，原理簡單，安裝方便，光學(xué)傳感器對煙塵的靈敏度高，進(jìn)一步提高了測量精度。缺點(diǎn)是受到煙塵顆粒物體積大小，位置分布，顏色等因素的影響，需要采用稱重法對儀器進(jìn)行定期校驗(yàn)；抽取范圍只限于靠近煙道取樣壁側(cè)附近的樣氣，不能反映整個(gè)煙道內(nèi)煙塵的分布情況；光學(xué)傳感器容易臟污，需要定期清理。整套煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 煙塵儀監(jiān)測系統(tǒng)圖

2.3 參數(shù)監(jiān)測控制子系統(tǒng)

對其他主要參數(shù)的測量包括：煙氣溫度測量采用PT100熱電阻，煙氣壓力測量采用西門子型號7MF4433-1DA 02-2AB6-Z的差壓傳感器，氧量的測量采用西門子型號SCS-900的氧電池，煙氣濕度測量采用西門子型號Model 2061的濕度儀。

煙氣流量的測量采用重慶威巴提供的EMSD矩陣式多點(diǎn)測量裝置。該裝置將水平煙道等面積劃分出幾個(gè)區(qū)域，在這些區(qū)域里安裝多個(gè)測點(diǎn)，把多個(gè)測點(diǎn)有機(jī)地組裝在一起，最后將這些測量點(diǎn)的正、負(fù)壓側(cè)各引出一根總的引壓管，分別與差壓變送器的正、負(fù)端相連，測得多點(diǎn)的平均差壓。

煙氣流量采用矩陣式多點(diǎn)測量的優(yōu)點(diǎn)是測量結(jié)果是煙道多個(gè)區(qū)域平均差壓，從而提高了測量精度；測風(fēng)裝置取樣探頭處有利用流體動能清灰的防堵塞結(jié)構(gòu)，同時(shí)可定時(shí)用壓縮空氣反吹；傳感器測量信號穩(wěn)定、波動小，管道永久壓損小于差壓的3%。測風(fēng)裝置具有良好的抗振性能，在理想直管段條件下測量誤差小于±1%。缺點(diǎn)是成套裝置是垂直插入水平煙道中，拆卸不方便，設(shè)備檢修時(shí)工作量大[6]。流量多點(diǎn)測量裝置如圖3所示。

圖3 煙氣流量計(jì)水平煙道安裝示意圖

2.4 數(shù)據(jù)采集處理和控制子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集處理和控制系統(tǒng)就是將各個(gè)監(jiān)測子系統(tǒng)所測得的污染物濃度，氧量，溫度，壓力，流速等信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、顯示和存儲。

數(shù)據(jù)采集裝置采用西門子S7-300系列PLC，信號通過隔離器分出一路送至DCS主控室供運(yùn)行人員監(jiān)盤查看；一路送省調(diào)度中心；一路通過PLC與數(shù)采儀通訊，將相關(guān)環(huán)保數(shù)據(jù)傳送給上級環(huán)保部門；另外通過網(wǎng)線將PLC內(nèi)數(shù)據(jù)送至上位機(jī)PC顯示和存儲，上位機(jī)PC采用西門子軟件PAS-DAS-V1．0進(jìn)行組態(tài)開發(fā)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，實(shí)時(shí)顯示或可查詢歷史曲線，根據(jù)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和方法，對測得的參數(shù)進(jìn)行篩選計(jì)算，最終能以報(bào)表格式自動生成日報(bào)表，月報(bào)表及年報(bào)表。上位機(jī)顯示界面如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上位機(jī)顯示界面

3 運(yùn)行情況及故障分析

3.1 CEMS參比法試驗(yàn)

二號機(jī)組脫硫CEMS超低排放改造后，于2017年3月28日由第三方對煙氣進(jìn)行比對試驗(yàn)。參比法測SO2、NOx及O2采用武漢天虹TH-990FⅡ型便攜式有害氣體測試裝置。煙氣流速和煙塵的測量采用TH-880Ⅶ型微電腦皮托管式平行采樣儀，并用稱重法得出煙塵含量。在滿負(fù)荷情況下，二號機(jī)組脫硫出口煙氣對比試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 二號機(jī)組脫硫出口煙氣對比試驗(yàn)結(jié)果

從參比法試驗(yàn)結(jié)果可以看出，鴻山熱電廠二號機(jī)組脫硫出口煙氣排放指標(biāo)通過參比法計(jì)算出的SO2、NOx和煙塵的絕對誤差分別為 -0．7μmol/mol、-1．9μmol/mol和 -0．5mg/m3，已經(jīng)滿足HJ／T 75-2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的對應(yīng)絕對值誤差要求。

3.2 CEMS維護(hù)和故障防患措施

超低排放改造后系統(tǒng)投運(yùn)中主要存在的問題以及應(yīng)有的防范措施：

（1）煙氣監(jiān)測機(jī)柜預(yù)處理采用滲透干燥管除濕，需有一路壓縮空氣調(diào)節(jié)滲透干燥管內(nèi)負(fù)壓，對壓縮空氣要求較高。由于廠內(nèi)的壓縮空氣中油/水分較多，對滲透干燥管壽命有一定影響。解決的方法就是在壓縮空氣入口處加油水分離器進(jìn)行過濾。

（2）因工況的因素，柜內(nèi)除氨器時(shí)間一長會出現(xiàn)銨鹽結(jié)晶體堵塞現(xiàn)象。同樣的情況也出現(xiàn)在煙塵儀取樣探桿處。解決辦法是調(diào)整噴氨投自動PID參數(shù)，讓脫硝氨液反應(yīng)更充分，另外加強(qiáng)設(shè)備巡檢和定期對易堵管路進(jìn)行疏通。

（3）出口煙塵儀由于傳感器臟污報(bào)故障，需要定期對傳感器鏡片進(jìn)行擦拭，加強(qiáng)監(jiān)盤和巡檢，保證故障出現(xiàn)后及時(shí)處理。

（4）做好巡檢、監(jiān)盤、定期校驗(yàn)記錄，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，做好事故預(yù)想。

4 結(jié)語

對燃煤電廠來說，超低排放改造不僅是按照國家節(jié)能減排的要求去改善日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題，也是國有企業(yè)切實(shí)履行社會責(zé)任的應(yīng)有體現(xiàn)。鴻山熱電廠兩臺機(jī)組超低排放完成至今，脫硫系統(tǒng)CEMS設(shè)備運(yùn)行良好，系統(tǒng)自動化程度高，滿足了生產(chǎn)需要，也達(dá)到了環(huán)保相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。通過改造期間設(shè)備選型和原理分析，以及設(shè)備投運(yùn)后的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可為其他企業(yè)在超低排放改造中提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]HJ/T76-2007固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法[S]．

[2]煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃(2014—2020年)[Z]．2014-09-12．

[3]張濤，周依玲．熱電部鍋爐脫硫塔CEMS改造[J]．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012(3):22-23．

[4]劉琦．煙氣在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)維護(hù)與故障分析[J]．中國儀器儀表，2007(3):83-86．

[5]杜拉格粉塵儀SBF800中文操作手冊[Z]．

[6]ESMD矩陣流量計(jì)使用說明書[Z]．