祁姗姗
(安徽华电宿州发电有限公司,安徽宿州 234000)
降低SCR脱硝烟气连续排放监测系统测量故障率的措施
祁姗姗
(安徽华电宿州发电有限公司,安徽宿州 234000)
安徽华电宿州发电有限公司选择性催化还原(SCR)脱硝烟气连续排放监测系统(CEMS)投运初期故障频繁发生,影响了在线烟气监测的可靠性,给运行调整带来不便,同时还增加了检修作业量。对CEMS测量原理进行分析,汇总了CEMS日常故障及处理方法,并提出了预防措施。采取这一系列措施后,有效降低了脱硝CEMS的NOx和NH3测量故障率。
脱硝;选择性催化还原;烟气连续排放监测系统;NOx;NH3;测量;故障率
GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》实施后,全面提高了烟尘、二氧化硫、氮氧化物(NOx)等污染物的排放控制要求,促使火电厂烟气排放监测更加受到重视。NOx作为烟气的主要排放污染源之一,降低其测量故障率,可为实现NOx的不间断监测提供保障。脱硝剩余产物NH3(氨逃逸)给设备和经济都带来负面影响,降低NOx测量故障率,可为机组稳定运行提供安全保证。本文以现场实例为基础,就如何降低测量故障率展开深入的研究。
安徽华电宿州发电有限公司一期工程安装2台630MW超临界燃煤汽轮发电机组,锅炉采用东方锅炉厂的Π型布置燃煤直流锅炉。2台机组分别于2013年8月和2014年5月投运选择性催化还原(SCR)脱硝系统,脱硝烟气连续排放监测系统(CEMS)分析仪表采用日本HORIBA公司生产的ENDA-600ZG型(入口,检测NOx和O2)和ENDAC2000型(出口,检测NOx,NH3和O2)烟道排气分析系统。该公司脱硝系统投运初期故障率很高,在总结故障原因的同时,也在思考降低故障率的措施。
1.1 NOx测量原理
分析仪采取交替流动调制化学发光法测量NO(烟气中的NOx主要以NO2和NO形式存在,分析仪内部有NO2转NO元件)。化学发光技术利用了NO和臭氧发生反应时会发光且反应的光强度与NO的质量浓度成正比的原理,通过连续监测光的强度变化,从而确定NO的质量浓度。反应中所需的臭氧通过对空气进行紫外线辐射而获得[1]。
当检测池中没有NO气体时化学发光将不会产生,因此,样气和参比气体使用相同的零点校准气体(使用N2作为零点校准气体)进入检测池输出零点,避免了零点漂移。
1.2 NH3测量原理
分析仪采用抽取式催化反应法测量NH3,这种方法使用了目前在脱硝中广泛使用的SCR原理[2-3]。
上述两个反应式显示,NH3和NOx是按照1∶1的比例消耗的,也就是说,反应后烟气中减少的NO和NH3的质量浓度是一样的。
取样探头分成2个通道,称为NOx通道和NOx-NH3通道。一个通道里配置有2层还原反应催化剂,让NH3和NOx进行反应;另一个通道没有配置任何催化剂,也不会进行任何反应,就是把原始的烟气抽取到分析仪:这样,2个通道的差别正好是NH3的质量浓度。例如:烟气中NO的质量浓度为100 mg/m3,NH3质量浓度为10 mg/m3,则NO管线中NO质量浓度为100mg/m3,NOx-NH3管线中NO质量浓度为90 mg/m3[1]。
(1)样气必须具备的条件是ρNO≥ρNH3,若不满足该条件,NH3不能精确测量。
(2)催化剂部件需加热至350~700℃。
该公司CEMS常见故障及原因见表1。针对表1的统计结果,可知现场脱硝CEMS频繁发生故障的原因共有6个:取样管路堵塞;取样管路漏气;冷凝器损坏、接头腐蚀;反吹故障;取样泵损坏;仪表内部测量漂移。
表1 CEMS常见故障及原因
故障处理方法如下。
(1)更换取样管和接头,对取样管路进行吹扫。
(2)重新拆装接头并对探头滤芯进行清理。
(3)更换改进式玻璃冷腔冷凝器。
(4)更换不锈钢阀杆,将反吹各处接头重新紧固,更换腐蚀接头。
(5)更换取样泵泵膜,低温时将排气口放到室内。
(6)重新校验仪表。
总结现场脱硝CEMS故障原因和处理方法,并加以运用,重点制订了4个措施来降低脱硝CEMS的NOx和NH3测量故障率。
3.1 日常检修
为了保证分析仪使用时能够长时间保持良好的状态,必须对分析仪进行日常维护检修工作。维护的频度根据使用状况和测试气体的性状而定,分析仪开始运转时,根据分析仪的运转情况决定合适的维护检修。保证运行设备元件的安全,避免不必要的测量故障。
(1)按1~7d的周期进行定期检修,检修内容见表2。
表2 按1~7d的周期进行检修的内容
(2)按3个月的周期进行定期检修,检修内容见表3。
表3 按3个月的周期进行检修的内容
(3)按6个月的周期进行定期检修,检修内容见表4。
表4 按6个月的周期进行检修的内容
(4)按照1年的周期进行定期检修。必须更换催化剂和泵隔膜组,其他根据具体情况进行更换。设备运行1年以上时,根据原件的具体状态(颜色、外观等)确定是否更换。
3.2 停机维护
停机期间,炉膛内工况为正压,分析仪运行,泵的阻力降低,加上灰尘量大,泵的正常工作会导致分析仪的气路元件内部积灰,对元件损坏较大。开机后,由于分析仪内部元件存在隐患,加上取样管中积灰,很容易发生测量故障。所以,停机后首先要将接入分析仪的取样管拔掉,并用胶布将取样管口和分析仪入口封住,然后再对分析仪采取一定的操作。
3.2.1 短期停机
(1)导入零点校准气体,或从分析仪样气入口吸入空气,反吹5 min以上;(2)将泵1、泵2的开关置于OFF;(3)将分析仪开关置于OFF;(4)将主电源漏电断路器(ELB)置于OFF;(5)将排水捕捉器中的水排干。
3.2.2 长期停机
如果长时间不使用该分析仪(1个月以上),可按照以下步骤保管分析仪:(1)停止分析仪;(2)如果持续有校准气体,确认活塞已经关闭;(3)再次运转该分析仪前,更换二次过滤器滤芯、涤气器、驱雾器及硅胶(硅胶变色为粉红色时)。
3.3 特殊情况下的维护
3.3.1 低温环境
低温环境下分析仪排气管放到室外会结冰,导致泵反抽空气,此时样气流量低,NOx测量值大幅降低。
从就地探头到分析仪的伴热如果不正常,取样管路内会积水,而NOx溶于水,会导致NOx值与NOx-NH3值产生偏差,从而产生测量误差。
3.3.2 高温环境
高温时,溢流口和注水口蒸发量大,分析仪内部水平衡会受影响,需不定期地通过注水口向水路加水,直至溢水口有水溢流,才能保证分析仪内部水平衡的稳定。
3.4 定期校准
将定期校验由1个月1次改为半个月1次,以提高测量的准确性。可以选择在分析仪处通标准气体,也可以从就地探头处通标准气体进行校准。后者排除了取样管路对测量的影响,测量值更准确,但是操作繁杂,一般选择前者。
(1)量程设定。测试、置换样气时,将会显示测试量程。导入校准气体时,将会显示已经设定的校准量程。
(2)标准气体选择。零标为N2,满标根据满量程确定,选择靠近但不大于满标值的NO为标准气体。
(3)单位折算。仪表上显示的单位为ppm,标准气体单位一般为mg/m3,一定要进行单位换算。
(4)校验故障。校验失败时有报警提示,一般是校准系数脱离了正常量程,重复校验后故障消除。
3.5 吹扫
脱硝CEMS的样品气体一般直接从含有大量粉尘的烟道气体中收集,导致大量的粉尘附着在过滤器的采样点周围,长时间吸收样气后一次过滤器会发生堵塞,容易造成故障,从而影响测量。
该公司采用在就地靠近探头处定期用反吹空气进行反向清洗的措施,存在两大弊端:一是由于就地球阀切换振动大,导致接头处容易松动;二是不能实现自动反吹。从表1的统计结果可以发现,这种操作明显加大了故障发生的几率。
该公司通过定期检查分析仪表反吹柜内取样管路各接头紧固情况,并采取开机前吹扫和定期从分析仪表向就地探头吹扫的措施,有效降低了该类故障的发生。下一步该公司将会对反吹系统进行改造,即将反吹柜改到CEMS控制柜内,采用电磁阀切换,将彻底解决就地球阀切换振动大而损坏取样管和取样管路堵塞问题。
针对现场脱硝CEMS故障频繁发生而制定的措施是十分有效的,现场NOx和NH3平均测量故障率(单机)由2013年的1.25条/月降至2016年的0.29条/月,而且自2014年以来未发生过因SCR脱硝CEMS故障导致的环保异常。随着该公司SCR脱硝CEMS设备维护的逐渐完善,不仅会使NOx和NH3测量故障率得到更好的控制,而且能够最大限度地满足环保连续监测的要求。相信对SCR脱硝CEMS继续进行深入研究,一定能在保障脱硝监测数据准确的同时,保证脱硝系统分析仪表长期稳定运行,为机组的安全、稳定运行打下坚实的基础。
[1]孙克勤,韩祥.燃煤电厂烟气脱硝设备及运行[M].北京:机械工业出版社,2011.
[2]西安热工研究院.火电厂SCR烟气脱硝技术[M].北京:中国电力出版社,2013.
[3]刘红蕾,刘永阳,李广华.火电厂烟气脱硫脱硝设备控制与仪表[M].北京:化学工业出版社,2015.
(本文责编:刘芳)
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1674-1951(2016)10-0060-03
祁姗姗(1988—),女,江苏宿迁人,助理工程师,从事电厂脱硝工作(E-mail:821024708@qq.com)。
2016-07-04;
2016-08-02