火电厂脱硝系统误退原因分析及解决方案

吴慧玲

（中国大唐集团马鞍山当涂发电有限公司，安徽 马鞍山243102）

1 引言

随着我国经济实力的增强，耗电量也将逐步加大。目前，我国已经开展了大规模的烟气脱硫项目，但烟气脱硝还未大规模的开展。有研究资料表明，假如现阶段仍不加强对烟气中氮氧化物的治理，氮氧化物的总量和在大气污染物中的比重都将上升，并有可能取代二氧化硫成为大气中的主要污染物。由于氮氧化物的污染日益严峻，控制火电厂的氮氧化物排放是重点。所以火电厂脱硝系统的正常稳定高效的运行是很有必要的。目前我国燃煤发电厂烟气脱硝系统大多选用选择性催化还原（SCR）烟气脱硝工艺［1］，SCR具有很高的脱硝效率（70%～90%），它是成熟的脱硝工艺，是脱硝应用最广泛的技术。SCR的意思是烟气中的氮氧化合物选择性的和还原剂进行反应，生成氮气和水，脱除烟气中的氮氧化合物（NOx）。所以火电厂上马脱硝系统并让其正常稳定运行是非常重要的。

本文的实验对象马鞍山当涂发电有限公司的脱硝系统，其采用选择性催化还原脱硝（SCR），还原剂为尿素。该公司的脱硝系统具有代表性，对其脱硝系统误退原因的分析有助于解决采用同类装置的火电厂的问题。

2 脱硝系统介绍

2.1 脱硝尿素公用系统

尿素热解法公用系统包括尿素储仓、尿素溶解罐、尿素溶液混合泵、尿素溶液储罐、尿素溶液循环泵、计量和分配装置、热解炉（内含喷射器、燃烧器）系统等。

尿素储存于储仓，由螺旋给料机输送到溶解罐里，用除盐水将固体尿素溶解成50%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液给料泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供液泵、计量与分配装置、雾化喷嘴等进入绝热分解室，稀释空气经加热后也进入分解室。雾化后的尿素液滴在绝热分解室内分解，生成的分解产物为NH3、H2O和CO2，分解产物由氨喷射系统进入锅炉脱硝烟道［2］（图1）。

图1 尿素溶解系统

2.2 脱硝烟气及反应系统

烟气系统包括从锅炉省煤器出口至SCR反应器本体入口、SCR反应器本体出口至空预器入口之间的连接烟道（图2）。其主要流程如下：

来自锅炉省煤器的未脱硝烟气→SCR系统入口→喷氨格栅→烟气／氨静态混合器→导流板→整流装置→催化剂层→净烟气→SCR反应器出口→空气预热器入口。

图2 热解炉及SCR系统

SCR的化学反应方程式是：

在整个烟气系统当中，主要的设备有反应器、喷氨系统、催化剂及其辅助吹灰系统等［2］。

3 对脱硝系统非正常退出原因的统计分类

通过对2013～2014年脱硝系统误退事件原因进行统计得出脱硝系统由于尿素母管压力低而退出的有13起，占总事件的54%。由于电加热器出口温度偏低或偏高而退出的有8起，占总事件的33%。由于脱硝一次风流量小于6000退出的有3起占总事件的13%。以上数据可以看出要想降低脱硝系统的误退就得从这3个方面入手。

4 对脱硝系统误退原因的分析及解决方案

4.1 尿素母管压力低退脱硝的原因分析

（1）人为因素。机务检修尿素制备区导致尿素母管压力低进而造成脱硝系统的退出的有3起。

（2）设备因素。由于每个尿素储存罐的液位测点只有一个，如果测量液位的装置出现故障，造成液位显示不准确，就容易造成脱硝系统退出。因为尿素储存罐液位低于0.4m（单点），跳闸高流量循环泵，进而导致脱硝系统退出。

由于设计时两台高流量循环泵是一运一备，但是两台泵之间的联锁条件在设计时没有考虑全面，当运行高流量循环泵故障跳闸时，备用高流量循环泵没有设计联锁启动，从而会造成高流量循环泵出口压力低于0.43MPa（单点），跳脱硝计量装置。

4.2 尿素母管压力低退脱硝的解决方案

由于母管压力低（单点保护）退脱硝系统的事件所占比重很大，所以热控班加强对高流量循环泵出口压力进行检查并定期校验，确保测点测量的正确性和可靠性。同时为避免单个部件或设备故障而造成设备误动，从逻辑设计上采用容错逻辑设计方法，对进入保护联锁系统的模拟量信号合理设置延时时间等故障诊断功能，减少或消除因接线松动、干扰信号或设备故障引起的信号突变而导致的控制对象异常动作。现增加的联锁保护逻辑是：联锁按钮投入，高流量循环泵运行泵跳闸信号发出，备用泵自启。联锁按钮投入，高流量循环泵出口母管压力低于1.35MPa，延时15s，备用泵联启。尿素储存罐液位低于0.4m（单点），延时60s，跳闸高流量循环泵。高流量循环泵出口压力低于0.43MPa（单点），延时30s跳脱硝计量装置。

4.3 电加热器出口温度异常导致脱硝系统退出的原因分析

电加热器出口温度的测量值是直接送到电加热器的数显表上的，参与电加热器投入运行电加热棒的数量的计算，然后再送至DCS。所以有两方面的原因导致电加热出口温度异常导致脱硝系统的退出。

（1）由于测量电加热器出口温度的原件只有一个，没有冗余设计，这样就大大的增加了温度测量的不可靠性。若用于测量电加热器出口温度的温度元件因接线松动、干扰信号或设备故障引起信号突变，就会导致脱硝系统异常退出。

（2）电加热器的数显表出现问题，会导致送至DCS的温度信号异常，同样会导致脱硝系统的退出。在8起脱硝误退出事件中其中由于温度元件输出异常导致脱硝退出的有3起，由于数显表异常导致脱硝退出的有5起。其中数显表异常的原因主要是电加热器机柜露天放置，但防雨措施不到位，如遇雨天，雨水长时间淋湿数显表，造成数显表的烧毁。

4.4 电加热器出口温度偏低或偏高导致脱硝系统退出的解决方案

由于电加热器出口温度测点的测量数据直接送到数显表，而DCS系统的该温度显示值是从数显表上取的，所以建议利用大小修增加两个电加热器出口温度测点，将单点信号保护逻辑改为信号三选中选择逻辑，大大提高可靠性。三个测量值一起送到DCS系统，温度值选取三个测量值中的中间值，然后将最终温度值送到电加热器数显表上。关于数显表跳变问题很好解决，更换新的数显表，并在电加热器机柜上加装防雨罩，从根本上解决数显表异常的问题。

（1）脱硝热一次风流量小于6000t／h导致脱硝系统退出的原因分析。由于脱硝热一次风流量的测量装置有三个，逻辑设计为当三个流量测量装置的测量值有两个低于6000t／h并延时5min脱硝才会退出。该问题经常出现的原因为取样管上设置有针型阀，取样管道经常积灰堵塞，导致脱硝热一次风流量低。

（2）脱硝热一次风流量小于6000t／h退脱硝的解决方案。对脱硝热一次风的取样管道进行改造，取消针型阀，避免取样管道经常性的积灰，堵塞变送器。运行人员要加强对画面的监视，发现问题及时联系相关人员进行吹扫。

5 结语

通过对马鞍山当涂发电有限公司脱硝系统误退原因的分析可以看出：在脱硝系统设计时一些重要的数据未能做到冗余设计（如电加热出口的温度测量元件等）；重要设备的联锁投入条件不完善（如两台高流量循环泵的联锁条件）；在脱硝系统运行维护中，未能对重要设备进行防雨防潮防冻保护。

本文通过对选择性催化还原脱硝（SCR）的研究，对其脱硝系统误退原因进行分析并提出了确实可行并实验有效的的解决方案，大大的减少了脱硝系统的误退次数，为节能减排做出贡献，希望能对采用相同技术的火电厂的脱硝系统的维护有所帮助。

［1］韦正乐.燃煤发电厂SCR烟气脱硝系统的研究［J］.广东化工，2010（11）.

［2］胡志光，邓 倩，马苗云.燃煤电厂600MW机组烟气脱硝系统的总体设计［J］.绿色科技，2011（7）.