1 000 MW機組脫硝CEMS系統應用實踐

張蘭華，閆超

(廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東516363)

1 000 MW機組脫硝CEMS系統應用實踐

Application of 1 000 MW unit denitrification CEMS system

張蘭華，閆超

(廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東516363)

脫硝煙氣連續監測系統 (CEMS)，由于在國內運行維護經驗不足，加上在系統設計、設備安裝時負規范，測量環境惡劣等因素影響，導致脫硝CEMS運行維護難度大。為此平海電廠經過幾年的運行維護摸索后，對CEMS系統進行合理優化和改造，取得了良好的效果。

煙氣脫硝；煙氣連續監測；CEMS；改造；優化

1 系統概述

平海電廠一期工程2×1 000 MW超超臨界機組鍋爐為上海鍋爐廠引進ALSTOM技術設計制造。配套安裝的脫硝裝置原理為選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)，A，B側煙道各1臺SCR反應器。

脫硝CEMS系統是M6000型在線煙氣連續監測系統。該系統由煙氣取樣系統、煙氣預處理單元、反吹單元、校準單元、煙氣分析儀表和系統控制等6個部分組成〔1〕。脫硝CEMS系統組成如圖1所示。

2 存在的問題

自脫硝CEMS投運以來，由于系統設備在可靠性、設計、安裝方面都存在一些問題，導致CEMS運行中缺陷率較高，檢修人員的維護工作量大。從企業資產管理系統中調取2011年8月至2014年2月的所有脫硝 CEMS缺陷工單分析，主要問題如下:

圖1 CEMS系統

1)部分設備可靠性差。系統中蠕動泵、電子冷凝器、氧表、分析儀等設備可靠性差，故障率較高。

2)電源系統設計不合理。分析儀表用電和伴熱管線加熱用電沒有分開，采用同一電源，電源電線電流大，電線發熱量大，接線端子燒毀，空開因過載跳閘。

3)伴熱管線安裝不規范。現場伴熱管線水平安裝，且機柜端存在U型布置，U型處水封導致測量值偏低，管線堵塞。

經我院醫學倫理委員會批準，以2016年1月—2018年3月在我院接受治療的48例肥厚性心肌患者作為研究對象，其中男26例，女22例；年齡為41～82歲，平均（41.3±3.6）歲；病程為1～20.5歲，平均（5.2±1.1）年。

4)設備不可靠的情況下，主設備分析儀缺乏有效的監視保護。

在冷凝器出現故障的情況下，系統容易積水導致分析儀出現進水故障。主輔設備缺乏有效監控和保護。

3 CEMS系統技術改造

3.1 換型可靠性差的設備

脫硝SCR反應器在機組工藝流程中處于省煤器后電除塵前，該位置煙氣特點是溫度高，粉塵大，測量環境非常惡劣。在這樣的測量環境下，可靠性不夠的設備容易出現故障。

原分析儀為ZKJ－3型分析儀，特點:雙通道，可測2組一氧化氮，手動標定。該分析儀運行一段時間后就開始出現漂移。氧量采用的是國產M802型氧表，該氧表容易出現測量數據不變化，只有通過手動重置后才能恢復正常。針對CEMS兩大主設備存在的問題，在對周邊電廠脫硝CEMS進行調研后，平海電廠將分析儀表和氧表合二為一，換型成某公司X－stream系列分析儀。該分析儀為2通道分析儀，可同時測量4組。換型后的分析儀表運行穩定可靠，大幅漂移現象沒有再次出現。

原冷凝器采用的是國產電子冷凝器，利用帕爾帖效應制冷。雖然利用該原理制成的冷凝器噪音小，體積小，但是半導體材料長時間運行后的可靠性仍不盡理想。平海電廠將冷凝器換型為某公司機械式冷凝器，整個制冷過程為導熱材質的物理狀態變化，雖然效率不及電子式冷凝器，但是機械式冷凝器制造工藝成熟，制冷效果好， 可靠性高〔2－3〕。換型后，2臺機組8套制冷系統工作穩定。

蠕動泵在脫硝CEMS系統中的作用是排除系統中凝結水。一旦蠕動泵出現故障，CEMS系統將在短時間內積累大量的凝結水，嚴重威脅著CEMS的安全。自平海電廠脫硝 CEMS投運以來，原裝RD01型蠕動泵故障率非常高，該蠕動泵靠泵膜往返排水，泵膜靠一個獨立電機驅動。泵膜與電機靠齒輪連接，一側為金屬一側為塑料，運行久后容易滑絲。平海電廠將RD01型蠕動泵更換成托馬斯蠕動泵，該蠕動泵工作原理為泵管擠壓排水，性能穩定。從后續的使用情況來看，托馬斯蠕動泵的工作壽命遠高于RD01型蠕動泵。

3.2 改造不合理電源設計

平海電廠脫硝CEMS系統電源設計欠合理:分析儀表用電和伴熱管加熱用電采用同一電源，電流過大容易導致跳閘，且整個系統無備用電源，可靠性不高。為此平海電廠為儀表用電專門引入了2路電源:一路220 V UPS電源，另一路220 V保安電源，經過雙電源切換裝置供給機柜分析儀表。而原來的220 V電源則專門負責CEMS伴熱管線用電。改造后的電源如圖2所示。電源經過合理改造后，母線上的電流都處在合理的范圍內。

3.3 整理伴熱管線的不規范安裝

圖2 脫硝CEMS系統電源改造后

原伴熱管線安裝于水平電纜線槽內，在末端還存在U型結構，容易形成水封，造成有害氣體溶解損失，使測量結果偏低，時間久后還容易堵塞伴熱管線〔4〕。從企業資產管理系統發生的缺陷統計中，在脫硝CEMS投運2年后，伴熱管線就開始發生堵塞。為了從本質上解決問題，平海電廠重新敷設了伴熱管線橋架和線槽，線槽從上向下至少5°傾角〔5〕，管線末端從機柜頂部引入，確保無U型結構。改造前后對比如圖3所示。2臺機組8根伴熱管線改造后，經過近1年的運行情況看，沒有出現堵塞現象，且因水封導致測量結果偏低的現象也沒有再出現。

圖3 伴熱管線改造

3.4 優化CEMS系統

由于脫硝CEMS工作在一個高溫、高塵、高腐蝕的環境下，系統必須用反吹單元進行自我清潔。在系統進入反吹時，CEMS會將當前測量值保持住，然后利用壓縮空氣對伴熱管線和探頭進行吹掃，由于信號隔離模塊或者保持繼電器出現故障的時候，伴熱管線內部殘余壓縮空氣還未排干凈，系統就恢復正常的測量和傳輸，就會導致分散控制系統 (Distributed Control System，以下簡稱DCS)得到氮氧化物測量值為零，針對這種情況，熱控工作人員在DCS里對邏輯做了優化，增加了DCS側同等時間的保持功能，從而保證氮氧化物測量值正常，以及當前氨氣調節閥的連續自動運行。

對CEMS機柜內布局凌亂的情況，在不改變設計思路前提下對機柜內部進行了有效的整理。將2個吹掃電磁閥合并為1個三通電磁閥，以減少管路和接頭〔6〕，并做好6S工作，保證工作人員在檢查漏點，處理故障時可以目視化工作。

平海電廠曾出現輔助設備冷凝器不制冷，導致分析儀進入大量高溫高濕氣體的情況。由于冷凝器工作異常，并不能立即反應在測量的數值上，所以如果冷凝器出現故障不能被立即發現，必然會威脅到分析儀的安全。為此平海電廠將冷凝器溫度高報警信號引入DCS，供運行人員隨時監視CSMS重要輔機的工作狀態。同時在分析儀進氣口前加裝了吸水能力強的過濾器，能夠為冷凝器故障后爭取更多的發現和處理時間。

4 改造后效果

平海電廠脫硝CEMS系統技術改造后，運行情況平穩正常。EAM里出現的脫硝CEMS缺陷明顯減少，數據顯示取得良好效果。

1)設備因為制造工藝，制造材料，工作原理，制造標準等不同，產品質量也會有較大差異。在1 000 MW鍋爐尾部煙氣的高溫、高濕、高腐蝕的環境下，脫硝 CEMS系統須采用可靠性高的設備。

2)電源系統的改造。原電源系統采用同一電源給分析儀表和伴熱管線，且沒有任何備用電源，整個電源系統可靠性不高。改造后的電源，容量分配合適，供電結構合理，同時分析儀表加入了UPS電源，能夠保證分析儀可靠工作。

3)伴熱管線的整理。將伴熱管線從電纜橋架中獨立開來布置，整個伴熱管線一直向下至少5°傾角，并盡量縮短管線的長度。經過整理后的伴熱管線運行情況良好，采樣流量滿足測量要求。

4)系統優化。對機柜內部整理整頓后，縮短了采樣氣體的流通路徑，減少了1個電磁閥，接頭和漏點也減少了。同時增加了對主輔設備分析儀，冷凝器的監控和保護，提高了系統的安全性。

5 結論

隨著國家新環保法的頒布，環保部門逐步對排污企業的環保數據實時監控，脫硝CEMS測量穩定性、可靠性對于運行人員的精細操作起著舉足輕重的作用。平海電廠熱控人員通過對脫硝CEMS的不斷摸索，總結了一些可行的經驗，供同行借鑒。

〔1〕M6000系列脫硝煙氣連續監測系統 (CEMS)使用說明書〔Z〕.2013.

〔2〕李冰.半導體制冷技術及其發展〔J〕.山西科技，2009(4): 95-101.

〔3〕陳建冰.關于冰箱制冷原理的探討〔J〕.中華民居，2011，(10):27-28.

〔4〕蘇靜，吳海平，王金奇.CEMS煙氣在線連續監測系統常見問題的探討〔J〕.污染防治技術，2011，24(3):73-75.

〔5〕章衛軍，葉國滿，屠士鳳，等.浙能樂清電廠脫硝系統熱控設備優化改造〔J〕.自動化博覽，2013(6):90-94.

〔6〕孟尚虎，宦培養.CEMS煙氣預處理裝置的改進及維護〔J〕.電力科技與環保，2011，27(2):56-57.

X701.7

B

1008-0198(2015)06-0081-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.06.023

張蘭華 (1984)，男，湖北潛江人，助理工程師，從事火電廠熱工控制工作。

2015-03-26 改回日期:2015-05-13