樓杰力

（浙江興源投資有限公司，杭州 310006）

0 引言

環(huán)境保護(hù)日益成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，作為煙氣污染物排放的大戶，火電企業(yè)也承受著來自社會(huì)的壓力，作為踐行社會(huì)責(zé)任的國有企業(yè)，為將污染物NOX排放控制在國家規(guī)定的范圍內(nèi),嘉興電廠自2011年起至2013年底完成了所有機(jī)組的脫硝改造。

嘉興三期超低排放采用低氮燃燒器＋SCR技術(shù)進(jìn)行脫硝，煙氣在經(jīng)過管式GGH降溫段后進(jìn)入低低溫靜電除塵器，之后進(jìn)入雙托盤吸收塔＋吸收塔新型增效裝置脫除氮氧化物、煙塵和二氧化硫，然后煙氣進(jìn)入濕式電除塵器，最后經(jīng)過管式GGH升溫段后由煙囪排入大氣。

脫硝系統(tǒng)超低排放的主要改造內(nèi)容為：

1）低氮燃燒器燃燒調(diào)整

在不同負(fù)荷下通過調(diào)整鍋爐二次風(fēng)量、一次風(fēng)量、周界風(fēng)風(fēng)門開度、燃盡風(fēng)風(fēng)門開度及組合方式、二次風(fēng)配風(fēng)方式、煤粉細(xì)度等參數(shù)，密切觀察SCR入口煙溫及NOx含量，盡量降低SCR入口處NOx含量。本調(diào)整試驗(yàn)要求在50%THA以上負(fù)荷保證SCR入口NOx濃度不大于250mg/Nm3（干基，6%O2，下同）；在35%BMCR～50%THA負(fù)荷下SCR入口NOx濃度盡可能低。同時(shí)要求在各負(fù)荷下的燃燒調(diào)整對(duì)鍋爐效率不會(huì)有較大影響[2]。

2）SCR脫硝裝置改造

經(jīng)低氮燃燒系統(tǒng)調(diào)整后，鍋爐出口NOx濃度可控制在250mg/Nm3左右，考慮一定的裕量，SCR脫硝裝置按入口NOx濃度300mg/Nm3設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)脫硝效率為85%。SCR出口NOx濃度為45mg/Nm3。改造后保留了原有兩層催化劑，在第三層預(yù)留層上加裝新的催化劑，并在第三層催化劑上部增設(shè)聲波吹灰器。

圖1 SCR出口NOx與煙囪排煙NOx比較Fig.1 SCR outlet NOx compared with NOx exhaust chimney

圖2 調(diào)整后SCR出口NOX與煙囪排煙NOX對(duì)照Fig.2 After the adjustment of export SCR NOX and stack NOX control

脫硝系統(tǒng)的熱控設(shè)備主要是脫硝煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng),簡稱脫硝CEMS。在本公司脫硝系統(tǒng)中的主要作用是實(shí)時(shí)采集鍋爐煙氣中NOX含量，為自動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算脫硝還原劑NH3的供給量提供參數(shù)。

1 脫硝系統(tǒng)CEMS存在的問題

煙氣超低排放改造后脫硝系統(tǒng)煙氣具有溫度高、含塵量大、腐蝕性強(qiáng)、流場分布不均、噴氨格柵調(diào)整不到位等問題，直接導(dǎo)致CEMS測量準(zhǔn)確性和可靠性不高[3]。具體存在以下問題：

1）NOX、O2由于流場分布不均導(dǎo)致測量代表性不夠，進(jìn)而導(dǎo)致脫硝效率虛高或虛低，噴氨量過大或過小，SCR出口與煙囪排放口NOX偏差大。

2）脫硝效率波動(dòng)大、脫硝控制品質(zhì)差。

3）脫硝CEMS系統(tǒng)預(yù)處理部分可靠性不高。

2 改進(jìn)措施

2.1 SCR出口與煙囪排煙NOX偏差大原因及改進(jìn)措施

超低排放改造脫硝系統(tǒng)運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)SCR出口NOx平均值與煙囪排煙NOx偏差較大，如圖1所示。

原設(shè)計(jì)SCR進(jìn)出口脫硝采樣探頭安裝在相應(yīng)煙道中部，取樣代表性較差，為了掌握SCR反應(yīng)器進(jìn)出口NOx濃度分布情況，通過網(wǎng)格法進(jìn)行試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果分析認(rèn)為：SCR反應(yīng)器入口NOX濃度分布比較均勻，偏差較小。SCR反應(yīng)器出口NOX濃度分布均勻性較差，出口NOX濃度延寬度和深度方向有較大變化，且局部存在NOX濃度較低的點(diǎn)。出口濃度分布均勻性差，除了煙氣流場不穩(wěn)定外，噴氨的不均勻性是主要原因。

圖3 SCR原控制策略邏輯框圖Fig.3 The original control strategy of the SCR logic diagram

圖4 測量回路中引入慣性環(huán)節(jié)Fig.4 Introduction of inertial link in measuring circuit

目前，通過采用插入式的旁路取樣管方式實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)取樣。從SCR出口煙道分別引出兩路旁路取樣管至空預(yù)器出口煙道，利用煙道之間的差壓實(shí)現(xiàn)旁路管道的煙氣流動(dòng)，將煙氣分析系統(tǒng)的取樣探頭測點(diǎn)布置在煙道外部的旁路取樣管上。旁路管插入煙道部分，貫穿整個(gè)煙道截面，在管道上每隔一段距離開取樣孔，在煙道壁處匯成一路，以求在一定程度上保證煙氣的混合均勻，提高代表性。改造后效果有了明顯好轉(zhuǎn)，如圖2所示。

2.2 脫硝效率波動(dòng)大、脫硝控制品質(zhì)差原因分析及改進(jìn)措施

原DCS系統(tǒng)控制回路用固定摩爾比和PID控制相結(jié)合的控制方式，邏輯框圖如圖3所示。

因?yàn)镃EMS儀表為抽取式采樣，采樣過程有純延遲環(huán)節(jié)，延遲的時(shí)間取決于CEMS儀表的安裝位置和抽取速度，而入口與出口延遲時(shí)間很可能不同，也就是說在計(jì)算脫硝效率時(shí)用的出入口NOX濃度不是同一時(shí)刻的濃度。這種時(shí)差計(jì)算時(shí)（入口超前于出口）會(huì)給效率帶來升降方向性錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤會(huì)在入口NOX變化時(shí)會(huì)引起進(jìn)氨調(diào)門的反調(diào)。所以需要在出口或入口（其中之一，并不是入口一定超前于出口）NOX濃度上加上延遲環(huán)節(jié)，用以校正同步。在脫硝效率計(jì)算加入延遲環(huán)節(jié)后，并不能完全解決這種反調(diào)，這時(shí)需要在煙氣量換算NOX含量時(shí)乘以入口NOX濃度，有的控制并沒有把入口NOX濃度乘進(jìn)去，認(rèn)為入口NOX濃度并不會(huì)劇烈變化，實(shí)際不然，尤其是在進(jìn)行了低氮燃燒器改造的鍋爐中，有時(shí)負(fù)荷稍有變化（升降5MW負(fù)荷），爐內(nèi)工況產(chǎn)生波動(dòng)，入口的NOX變化十分劇烈，兩側(cè)產(chǎn)生巨大偏差，可能會(huì)從300mg/m3直接變化為100mg/m3,對(duì)脫硝效率控制產(chǎn)生巨大擾動(dòng)[3]。

工況變化時(shí)，入口NOX濃度經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生劇烈變化，效率計(jì)算值產(chǎn)生大幅波動(dòng)，在主調(diào)控制器的作用下，進(jìn)氨調(diào)門會(huì)產(chǎn)生大幅的波動(dòng)，甚至全開全關(guān)的振蕩，為了避免這種振蕩產(chǎn)生，在副調(diào)PID處對(duì)調(diào)門進(jìn)行了限幅。

在用主調(diào)控制器輸出修正需氨量時(shí)，有的控制方式用的是加法器 ，而不是乘法器 ，這在當(dāng)入口NOX濃度變化時(shí)，會(huì)改變修正后需氨量，但并沒有成比例的對(duì)其改變，理論上并不能完全保證脫硝效率不變，不如乘法器效果好。

采用上述修改后，脫硝效率基本上控制在設(shè)定值附近正負(fù)3的范圍內(nèi)，滿足控制要求。另外需要注意的是：噴氨控制策略多為串級(jí)控制，內(nèi)回路被控量為進(jìn)氨質(zhì)量流量，因此氨氣質(zhì)量流量的準(zhǔn)確性成為左右控制效果的重要因素。在現(xiàn)場所用的氨氣流量計(jì)多為渦街流量計(jì)或質(zhì)量流量計(jì)。渦街流量計(jì)測量的是體積流量，需要注意修正環(huán)節(jié)的影響。

同時(shí)脫硝探頭反吹期間的數(shù)據(jù)問題，實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)氣路吹掃后，抽取正常的煙氣時(shí)，由于管內(nèi)殘存的常溫壓縮空氣影響，儀表指示恢復(fù)到正常值時(shí)有一個(gè)較長時(shí)間的恢復(fù)過程[5]。由于探頭反吹必不可少，目前能采取的措施改造樣儀用空氣的吹掃管路，將壓縮空氣管路直接至就地探頭處并加熱，由就地電磁閥定期切換吹掃，縮短吹掃氣路長度，就可以大大縮短測量參數(shù)的周期變化；調(diào)整取樣探頭的壓縮空氣吹掃周期，目前設(shè)置為1次/1h較為合適。同時(shí)盡量設(shè)置保證進(jìn)出口同時(shí)反吹，減少反吹影響的時(shí)間，加大探頭取樣腔體體積及相關(guān)設(shè)備，滿足分析儀表的要求。

2.3 脫硝預(yù)處理系統(tǒng)故障原因分析及改進(jìn)措施。

煙氣自采樣探頭被抽取，經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)：過濾、伴熱傳輸、冷凝除水、濕度檢測等過程對(duì)氣體進(jìn)行預(yù)處理，最后進(jìn)入分析儀，由分析儀測量出煙氣中污染物NOX的含量并送往DCS。

超低排放改造后，脫硝CEMS發(fā)生故障主要是脫硝采樣器暴露出問題較多，特別是在該系統(tǒng)投運(yùn)之初，由于脫硝CEMS系統(tǒng)的故障率較高，嚴(yán)重影響了整套脫硝系統(tǒng)的自動(dòng)投入率和安全運(yùn)行，后幾經(jīng)分析和調(diào)研，并逐一改進(jìn)，故障發(fā)生率穩(wěn)步下降，取得了明顯的效果。

圖5 氣動(dòng)閥O形圈劣化和洗氨瓶故障示意圖Fig.5 Pneumatic valve O-ring failure schematic degradation and ammonia bottle wash

氨法脫硝的工況是高溫、高粉塵、強(qiáng)腐蝕環(huán)境，如果溫度小于230℃的情況下NH3和SO2，SO3等酸性氣體會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成銨鹽，銨鹽是粘性物質(zhì)在短時(shí)間內(nèi)會(huì)和粉塵堵塞過濾芯和加熱采樣器。采樣器采用可調(diào)節(jié)溫度控制器，溫度控制在280℃±10%，采樣管和濾芯等部件采用耐高溫的材料制造。采樣器的樣氣出口緊連一個(gè)銨鹽清洗瓶內(nèi)有特制的填充物以擴(kuò)大樣氣接觸面積，銨鹽沉積物質(zhì)會(huì)被冷凝液清洗掉。蠕動(dòng)泵將溶解銨鹽的冷凝液體排出。清洗瓶的樣氣出口需要接加熱采樣器。煙氣采樣器通過連接法蘭、密封圈可靠地連接在采樣點(diǎn)上。

預(yù)處理系統(tǒng)主要問題如下：

1）氣動(dòng)閥（PR）O型圈劣化

脫硝采樣器中的氣動(dòng)閥在采樣和吹掃時(shí)起著重要的控制作用，這一部件的好壞直接影響CEMS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。由于氣動(dòng)閥安裝位置靠近探頭腔室，所處環(huán)境溫度高，容易導(dǎo)致氣動(dòng)閥內(nèi)的O型圈劣化，損壞其氣密性。改進(jìn)措施有：改善安裝位置，采購質(zhì)量更好的采樣探頭，制定合理的檢查更換周期。

2）洗氨瓶故障

首先，脫硝CEMS采樣器洗氨瓶中的濾珠要求每半年更換一次，保持清洗瓶的過濾能力。其次，洗氨瓶的進(jìn)口接頭容易產(chǎn)生漏氣和堵塞。漏氣主要是由于接頭材料配置不合理引起，塑料材質(zhì)的母螺紋容易產(chǎn)生變形；堵塞主要是由于接口內(nèi)徑太細(xì)，接頭連接處容易產(chǎn)生灰塵和水滴堆積，產(chǎn)生腐蝕，最終導(dǎo)致堵塞[5]，如圖5所示。

改進(jìn)措施：制定合理的更換周期，選用內(nèi)徑較大的接頭，防止系統(tǒng)堵塞。

3）蠕動(dòng)泵故障

現(xiàn)在脫硝CEMS采樣器使用的蠕動(dòng)泵的故障主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①蠕動(dòng)泵接頭由于松動(dòng)產(chǎn)生漏氣。②蠕動(dòng)泵排液管老化。③蠕動(dòng)泵電機(jī)燒壞，導(dǎo)致排水故障。

改進(jìn)措施有：增加一套蠕動(dòng)排水裝置，增加水吸附收集裝置，保證系統(tǒng)管路排水通暢。設(shè)定合理的定檢周期，保證易耗件的有效更換。

4）密封墊片老化

脫硝CEMS采樣器為了保持其密封性，在其探桿連接處和濾芯兩端以及采樣腔頂蓋都使用了密封墊片。由于整個(gè)探頭工作溫度達(dá)到280℃，密封墊片由于受材質(zhì)影響，長時(shí)間使用容易產(chǎn)生老化和破損，最終導(dǎo)致密封性變差，產(chǎn)生漏氣。改進(jìn)措施有制定更換周期，定期更換。

5）過濾裝置堵塞

脫硝CEMS采樣器安裝于電除塵之前，煙氣含塵量較高，取樣探頭內(nèi)腔室或取樣探桿容易發(fā)生堵塞，這種情況在脫硝CEMS投運(yùn)之初經(jīng)常發(fā)生，后經(jīng)過以下3項(xiàng)改進(jìn)措施，過濾裝置發(fā)生堵塞的概率大大降低。

改進(jìn)措施有：換陶瓷過濾器，擴(kuò)大取樣探頭內(nèi)腔室空間，利于排灰；加一組探頭加熱絲，提高探頭加熱溫度；調(diào)整吹灰周期，縮短吹灰周期到50min左右。

3 結(jié)束語

燃煤機(jī)組煙氣超低排放改造完成后，通過對(duì)SCR進(jìn)出口流場的測試、并采用多點(diǎn)取樣旁路管的方式提高了測點(diǎn)的取樣代表性，在一定程度上減少了SCR出口與煙囪排放口NOX的數(shù)值偏差；通過對(duì)噴氨流量逃逸率的測量提高了氨氣逃逸率的正確性，對(duì)供氨調(diào)節(jié)控制回路的改進(jìn)及協(xié)調(diào)控制策略的優(yōu)化后，排煙出口NOX基本能全時(shí)段控制在50mg/Nm3以下，為燃煤發(fā)電機(jī)組清潔化排放開辟了新的途徑，對(duì)保障中國燃煤機(jī)組環(huán)保工作提供了重要的戰(zhàn)略指導(dǎo)。

[1]GB13223-2011 火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]李肇全.工業(yè)脫硫脫硝技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2014.

[3]山東電力建設(shè)第二工程公司.火電廠脫硫與脫硝實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國水利水電出版社,2014.

[4]朱全利.超超臨界機(jī)組鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[5]鐘秦.燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)及工程實(shí)例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.