基于火電機組脫硫系統(tǒng)在線測量裝置的安裝、維護與管理

鄭璐 張國志

（內蒙古赤峰市元寶山發(fā)電有限責任公司熱控分公司內蒙古赤峰024070）

0 引言

火力發(fā)電廠是利用煤、石油、天然氣作為燃料生產電能的工廠，是現(xiàn)在電力發(fā)展的主力軍。不可否定的是，火電廠燃燒后排出的大量煙氣對人的生存環(huán)境造成越來越嚴重的影響，其排入大氣中的某些成分，如CO2、NOX、H2O等氣體，加強了溫室效應。這要求我們在提高火電技術的方向上更要著重考慮電力對環(huán)境的影響。國家為了實現(xiàn)煙氣各項指標的監(jiān)控，評估企業(yè)排放對環(huán)境的影響，出臺了火電廠的強制性排放標準。絕大部分火電廠采用濕式脫硫，火電廠煙氣脫硫、脫氮系統(tǒng)的測量儀表對于監(jiān)視和控制整個工藝過程至關重要，濕式脫硫在工藝上較復雜，大量的火電機組在煙氣系統(tǒng)原煙氣和凈煙氣側安裝煙氣在線測量（CEMS）系統(tǒng)，指導整個工藝過程，并實現(xiàn)煙氣排放的遠程監(jiān)控。

1 煙氣測量設備

1.1 設備安裝

單機裝機容量較大的機組通常設計兩條原煙氣通道和凈煙氣通道，鍋爐的原煙氣經(jīng)由兩臺增壓風機分別送入脫硫吸收塔。原煙氣的在線測量裝置安裝方式有兩種，一種為分別安裝在兩臺增壓風機入口的兩個獨立煙道上，另一種是安裝在兩臺增壓風機出口的混合煙道上（即吸收塔的原煙氣入口處）。這兩種測量方式從經(jīng)驗值比較，在兩臺增壓風機入口的獨立通道上分別安裝原煙氣測量裝置科學，能夠分別反映兩條通道的煙氣含量指標。在兩臺增壓風機出口的混合通道上安裝一臺測量裝置，雖然節(jié)省了資金，但最大的弊端是煙道內部介質正壓，對測量設備腐蝕嚴重，尤其是對激光測塵儀損壞更大，噴出的煙氣直接與鏡頭接觸，大大縮短了其使用壽命。另外，測量位置也較難確定，測量值不能真實反映原煙氣的煙氣指標。

凈煙氣測量設備也基本采用兩種安裝方式，一種是在吸收塔出口兩側的兩個獨立的凈煙道上各安裝一套，分別監(jiān)視左右兩側的煙氣參數(shù)；另一種是在煙囪的30米標高處只安裝一套，對混合后的煙氣進行監(jiān)測。早期投運的脫硫系統(tǒng)，為便于安裝和利于隔離檢修，絕大部分采用第一種測量方式，即將測量設備安裝在煙囪兩側的水平凈煙道上，隨著脫硫技術的不斷發(fā)展和成熟，為滿足環(huán)保部門監(jiān)測的需要，近期投運的脫硫系統(tǒng)均采用第二種測量方式，搭設專用檢修平臺和走梯，將監(jiān)測設備安裝在煙囪上，該方式既節(jié)約了成本，又提高了測量的可靠性，與第一種相比更為合理。需要特別指出的是：無論何種安裝方式，測量筒通常安裝在風道的兩側，位置最好高于風道的平行中心線，并有5-10O左右的向上傾斜，濕式脫硫在機組運行一段時間，風道內將留存大量的漿液凝固物，造成風道中心線上移，測量取樣桶有一定的傾斜也不容易造成測點堵塞。

1.2 測量設備的工作過程及原理

CEMS測量設備的工作過程（見下圖）及原理：

煙氣經(jīng)過采樣探頭和電加熱管線由采樣泵抽取至分析儀儀表柜。采樣探頭是由取樣探桿、過濾器（碳化硅陶瓷2μm孔隙）、加熱裝置、溫控器組成；取樣管線是由PTFE樣氣管、伴熱帶、保溫層及外防護層組成。采用K型熱電偶測溫通過溫控器控制加熱溫度。為了保證從取樣點到分析儀儀表柜傳輸樣氣過程中不出現(xiàn)樣氣冷凝現(xiàn)象，避免SO2損失，取樣探頭及取樣管線均采用加熱方式，溫度設定為80-100℃（在探頭溫控器及取樣管溫控器上設置）。樣氣過濾主要通過探頭過濾器（2μm孔隙）、分析柜內通用過濾器、保護過濾器來完成。樣氣進入分析儀儀表柜，通過壓縮機冷凝器來對樣氣進行快速冷凝，經(jīng)過冷凝器后的樣氣將滿足分析儀的進氣要求。冷凝器的控制溫度設定在5℃±2℃。當冷凝器制冷溫度不在設定范圍內時，將輸出報警信號，停止采樣泵工作，以避免濕樣氣進入分析儀，從而對分析儀造成污染。冷凝出樣氣中的水，由蠕動泵排出。正常情況下，氣體分析儀應處于測量狀態(tài)，通過紅外法檢測煙氣中SO2和NOX的濃度。但氣體分析儀也需要定期校準。系統(tǒng)校準分為二部分，即零點校準和量程校準。零點校準：零點不需要外部干預，當分析儀進入零點氣（即空氣）校準時，PLC控制三通閥動作，這時采樣泵抽取的是環(huán)境空氣，零點校準結束，兩通電磁閥動作，這時采樣泵抽取的是樣品氣，以置換原來管路中的零點氣（即空氣）。當零點校準結束時，將不會造成測量數(shù)據(jù)波動。量程校準：在進行量程校準時，要先在儀器屏幕上選擇量程校準菜單，這時PLC將控制三通閥和相應的兩通閥動作，再緩慢打開標準氣瓶上的減壓閥，并觀察浮子流量計的指示，調整減壓閥，使通入量程氣流量在1-2升/分鐘；如果分析儀讀數(shù)穩(wěn)定后的數(shù)值與氣瓶標定讀數(shù)誤差超過10%，應啟動分析儀的校準功能，消除量程漂移。在上位機上操作結束量程校準，量程校準數(shù)據(jù)將自動存儲，關閉氣瓶減壓閥，校準完畢。

2 測量密度計

2.1 密度計的安裝

脫硫系統(tǒng)有一個重要指標是吸收塔的石膏漿液密度。密度的測量通常有兩種方式。一種是直接測量方式，一種是間接測量方式。直接測量方式是漿液直接流經(jīng)密度計，由密度計本身計算出實際的密度值。此測量方式的缺點是：所需成本較高，安裝相對復雜，需要接引專門的測量管線，同時必須充分考慮應力的影響，防止出現(xiàn)漏泄；優(yōu)點是測量精度高，回路簡單，由密度計直接計算出密度值，并可在就地和遠方同時顯示。間接測量方式是通過測量吸收塔底部液位的高度差來計算實際的漿液密度，即在吸收塔底部兩個不同的標高處各安裝一臺壓力變送器（通常取一米的高度差），由壓力變送器測量出兩個取樣點處的壓強值，并將該壓強值轉換為標準的4～20mA電流信號送入DCS，在DCS內部再進行運算，得出最終的漿液密度值。此測量方式的缺點是：測量回路相對復雜，精度較低，取樣點處容易堵塞，需要經(jīng)常沖洗。優(yōu)點是:成本較低，安裝方便，對周圍環(huán)境要求不高，使用壽命長。

2.2 密度計的工作過程及原理

直接測量方式通常采用質量流量計測量液體的密度，其工作過程較為簡單:漿液由循環(huán)泵出口母管引出，經(jīng)手動門后，引入質量流量計內部，質量流量計出口再與吸收塔頂部連接，漿液直接排入吸收塔內部。計算公式為，其中，ρ為吸收塔漿液密度，m為漿液質量，v為漿液體積，其原理為：密度是單位體積內的質量，同樣的體積，不同的質量，對應的密度也不同。間接測量方式是通過測量吸收塔底部的液位高度差來計算漿液密度，計算公式為，其中，ρ為吸收塔漿液密度，P1為下部壓力變送器測量值，P2為上部壓力變送器測量值，g為常數(shù)（即重力加速度），h為兩變送器之間的高度差。其測量原理為：當液體的高度差一定，其產生的壓強與密度成正比，這種測量方式切記將取樣點和攪拌器有較好的配合，防止取樣點堵塞，并且需要加裝反沖洗裝置，進行定期沖洗，充分保證取樣點暢通。

3 測量設備的維護管理

脫硫煙氣在線設備和密度計安裝在有腐蝕性的區(qū)域，特別是凈煙氣側取樣裝置，安裝點腐蝕性較強，伴隨5-8米的煙氣流速，提高設備在線可靠性，定期維護保養(yǎng)尤為重要。常規(guī)煙氣測量將進行如SO2、NOX、O2的監(jiān)測，解決取樣管線堵塞問題是維護的關鍵，當采樣管線堵塞時，樣氣流量降低造成采樣泵負荷加大，造成泵長期在低流量下運行而損壞，更重要的是，管線堵塞后數(shù)據(jù)測量和實際偏差較大。為此，在設計時，要在系統(tǒng)加裝取樣管線的反吹裝置，每隔15分鐘進行一次吹掃，吹掃過程中煙氣各數(shù)據(jù)采集量將采集上一周期的數(shù)據(jù)，防止不正確的數(shù)據(jù)進入采集系統(tǒng)。

吸收塔密度計控制著塔內石膏漿液的排放，保持塔內物料的平衡。若濃度低于某一定值時，漿液需打回吸收塔再循環(huán)，若漿液濃度高于設定值，則將漿液進行脫水，出石膏。漿液密度計顯示不準確，特別是在顯示密度偏低的情況下，塔內實際密度較高，可能造成漿液濃度過飽和度偏高，出現(xiàn)嚴重的結構現(xiàn)象。對于采用壓差測量通過計算得出密度值的測量方法，如果測量數(shù)據(jù)偏低，容易造成由于實際液位偏高造成的漿液倒灌等影響脫硫系統(tǒng)安全運行的問題。因此，密度計是濕式脫硫系統(tǒng)中特別重要的參數(shù)，必須準確。對于采用直接測量密度的質量流量計而言，需要對其進行定期水沖洗，防止管路堵塞和元件內壁結垢，影響測量精度。對于采用間接測量方式的兩臺壓力變送器，除了要定期進行水沖洗以外，還必須利用機組停備機會，將變送器拆下，對取樣筒進行全面徹底的清理。

4 結束語

為建設資源節(jié)約型社會和環(huán)境友好型社會，節(jié)能減排是當務之急，隨著國家對生產企業(yè)環(huán)保監(jiān)管力度的不斷加大，本文所提到的脫硫系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置和吸收塔石膏漿液密度測量裝置提供的數(shù)據(jù)顯得尤為重要。可靠的監(jiān)測設備是機組經(jīng)濟達標運行的有效手段，無論采用哪種測量設備，選擇哪種安裝方式，我們維護人員都要對其進行管理、研究，找到設備的薄弱環(huán)節(jié)，加強維護并嘗試改造，為我們最終實現(xiàn)環(huán)境安全提供準確的依據(jù)。

[1]元寶山發(fā)電有限責任公司600MW機組脫硫運行規(guī)程

[2]元寶山發(fā)電有限責任公司600MW機組熱控檢修規(guī)程