1 000 MW机组脱硝CEMS系统应用实践

张兰华，闫超

(广东惠州平海发电厂有限公司，广东516363)

1 000 MW机组脱硝CEMS系统应用实践

Application of 1 000 MW unit denitrification CEMS system

张兰华，闫超

(广东惠州平海发电厂有限公司，广东516363)

脱硝烟气连续监测系统 (CEMS)，由于在国内运行维护经验不足，加上在系统设计、设备安装时负规范，测量环境恶劣等因素影响，导致脱硝CEMS运行维护难度大。为此平海电厂经过几年的运行维护摸索后，对CEMS系统进行合理优化和改造，取得了良好的效果。

烟气脱硝；烟气连续监测；CEMS；改造；优化

1 系统概述

平海电厂一期工程2×1 000 MW超超临界机组锅炉为上海锅炉厂引进ALSTOM技术设计制造。配套安装的脱硝装置原理为选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)，A，B侧烟道各1台SCR反应器。

脱硝CEMS系统是M6000型在线烟气连续监测系统。该系统由烟气取样系统、烟气预处理单元、反吹单元、校准单元、烟气分析仪表和系统控制等6个部分组成〔1〕。脱硝CEMS系统组成如图1所示。

2 存在的问题

自脱硝CEMS投运以来，由于系统设备在可靠性、设计、安装方面都存在一些问题，导致CEMS运行中缺陷率较高，检修人员的维护工作量大。从企业资产管理系统中调取2011年8月至2014年2月的所有脱硝 CEMS缺陷工单分析，主要问题如下:

图1 CEMS系统

1)部分设备可靠性差。系统中蠕动泵、电子冷凝器、氧表、分析仪等设备可靠性差，故障率较高。

2)电源系统设计不合理。分析仪表用电和伴热管线加热用电没有分开，采用同一电源，电源电线电流大，电线发热量大，接线端子烧毁，空开因过载跳闸。

3)伴热管线安装不规范。现场伴热管线水平安装，且机柜端存在U型布置，U型处水封导致测量值偏低，管线堵塞。

经我院医学伦理委员会批准，以2016年1月—2018年3月在我院接受治疗的48例肥厚性心肌患者作为研究对象，其中男26例，女22例；年龄为41～82岁，平均（41.3±3.6）岁；病程为1～20.5岁，平均（5.2±1.1）年。

4)设备不可靠的情况下，主设备分析仪缺乏有效的监视保护。

在冷凝器出现故障的情况下，系统容易积水导致分析仪出现进水故障。主辅设备缺乏有效监控和保护。

3 CEMS系统技术改造

3.1 换型可靠性差的设备

脱硝SCR反应器在机组工艺流程中处于省煤器后电除尘前，该位置烟气特点是温度高，粉尘大，测量环境非常恶劣。在这样的测量环境下，可靠性不够的设备容易出现故障。

原分析仪为ZKJ－3型分析仪，特点:双通道，可测2组一氧化氮，手动标定。该分析仪运行一段时间后就开始出现漂移。氧量采用的是国产M802型氧表，该氧表容易出现测量数据不变化，只有通过手动重置后才能恢复正常。针对CEMS两大主设备存在的问题，在对周边电厂脱硝CEMS进行调研后，平海电厂将分析仪表和氧表合二为一，换型成某公司X－stream系列分析仪。该分析仪为2通道分析仪，可同时测量4组。换型后的分析仪表运行稳定可靠，大幅漂移现象没有再次出现。

原冷凝器采用的是国产电子冷凝器，利用帕尔帖效应制冷。虽然利用该原理制成的冷凝器噪音小，体积小，但是半导体材料长时间运行后的可靠性仍不尽理想。平海电厂将冷凝器换型为某公司机械式冷凝器，整个制冷过程为导热材质的物理状态变化，虽然效率不及电子式冷凝器，但是机械式冷凝器制造工艺成熟，制冷效果好， 可靠性高〔2－3〕。换型后，2台机组8套制冷系统工作稳定。

蠕动泵在脱硝CEMS系统中的作用是排除系统中凝结水。一旦蠕动泵出现故障，CEMS系统将在短时间内积累大量的凝结水，严重威胁着CEMS的安全。自平海电厂脱硝 CEMS投运以来，原装RD01型蠕动泵故障率非常高，该蠕动泵靠泵膜往返排水，泵膜靠一个独立电机驱动。泵膜与电机靠齿轮连接，一侧为金属一侧为塑料，运行久后容易滑丝。平海电厂将RD01型蠕动泵更换成托马斯蠕动泵，该蠕动泵工作原理为泵管挤压排水，性能稳定。从后续的使用情况来看，托马斯蠕动泵的工作寿命远高于RD01型蠕动泵。

3.2 改造不合理电源设计

平海电厂脱硝CEMS系统电源设计欠合理:分析仪表用电和伴热管加热用电采用同一电源，电流过大容易导致跳闸，且整个系统无备用电源，可靠性不高。为此平海电厂为仪表用电专门引入了2路电源:一路220 V UPS电源，另一路220 V保安电源，经过双电源切换装置供给机柜分析仪表。而原来的220 V电源则专门负责CEMS伴热管线用电。改造后的电源如图2所示。电源经过合理改造后，母线上的电流都处在合理的范围内。

3.3 整理伴热管线的不规范安装

图2 脱硝CEMS系统电源改造后

原伴热管线安装于水平电缆线槽内，在末端还存在U型结构，容易形成水封，造成有害气体溶解损失，使测量结果偏低，时间久后还容易堵塞伴热管线〔4〕。从企业资产管理系统发生的缺陷统计中，在脱硝CEMS投运2年后，伴热管线就开始发生堵塞。为了从本质上解决问题，平海电厂重新敷设了伴热管线桥架和线槽，线槽从上向下至少5°倾角〔5〕，管线末端从机柜顶部引入，确保无U型结构。改造前后对比如图3所示。2台机组8根伴热管线改造后，经过近1年的运行情况看，没有出现堵塞现象，且因水封导致测量结果偏低的现象也没有再出现。

图3 伴热管线改造

3.4 优化CEMS系统

由于脱硝CEMS工作在一个高温、高尘、高腐蚀的环境下，系统必须用反吹单元进行自我清洁。在系统进入反吹时，CEMS会将当前测量值保持住，然后利用压缩空气对伴热管线和探头进行吹扫，由于信号隔离模块或者保持继电器出现故障的时候，伴热管线内部残余压缩空气还未排干净，系统就恢复正常的测量和传输，就会导致分散控制系统 (Distributed Control System，以下简称DCS)得到氮氧化物测量值为零，针对这种情况，热控工作人员在DCS里对逻辑做了优化，增加了DCS侧同等时间的保持功能，从而保证氮氧化物测量值正常，以及当前氨气调节阀的连续自动运行。

对CEMS机柜内布局凌乱的情况，在不改变设计思路前提下对机柜内部进行了有效的整理。将2个吹扫电磁阀合并为1个三通电磁阀，以减少管路和接头〔6〕，并做好6S工作，保证工作人员在检查漏点，处理故障时可以目视化工作。

平海电厂曾出现辅助设备冷凝器不制冷，导致分析仪进入大量高温高湿气体的情况。由于冷凝器工作异常，并不能立即反应在测量的数值上，所以如果冷凝器出现故障不能被立即发现，必然会威胁到分析仪的安全。为此平海电厂将冷凝器温度高报警信号引入DCS，供运行人员随时监视CSMS重要辅机的工作状态。同时在分析仪进气口前加装了吸水能力强的过滤器，能够为冷凝器故障后争取更多的发现和处理时间。

4 改造后效果

平海电厂脱硝CEMS系统技术改造后，运行情况平稳正常。EAM里出现的脱硝CEMS缺陷明显减少，数据显示取得良好效果。

1)设备因为制造工艺，制造材料，工作原理，制造标准等不同，产品质量也会有较大差异。在1 000 MW锅炉尾部烟气的高温、高湿、高腐蚀的环境下，脱硝 CEMS系统须采用可靠性高的设备。

2)电源系统的改造。原电源系统采用同一电源给分析仪表和伴热管线，且没有任何备用电源，整个电源系统可靠性不高。改造后的电源，容量分配合适，供电结构合理，同时分析仪表加入了UPS电源，能够保证分析仪可靠工作。

3)伴热管线的整理。将伴热管线从电缆桥架中独立开来布置，整个伴热管线一直向下至少5°倾角，并尽量缩短管线的长度。经过整理后的伴热管线运行情况良好，采样流量满足测量要求。

4)系统优化。对机柜内部整理整顿后，缩短了采样气体的流通路径，减少了1个电磁阀，接头和漏点也减少了。同时增加了对主辅设备分析仪，冷凝器的监控和保护，提高了系统的安全性。

5 结论

随着国家新环保法的颁布，环保部门逐步对排污企业的环保数据实时监控，脱硝CEMS测量稳定性、可靠性对于运行人员的精细操作起着举足轻重的作用。平海电厂热控人员通过对脱硝CEMS的不断摸索，总结了一些可行的经验，供同行借鉴。

〔1〕M6000系列脱硝烟气连续监测系统 (CEMS)使用说明书〔Z〕.2013.

〔2〕李冰.半导体制冷技术及其发展〔J〕.山西科技，2009(4): 95-101.

〔3〕陈建冰.关于冰箱制冷原理的探讨〔J〕.中华民居，2011，(10):27-28.

〔4〕苏静，吴海平，王金奇.CEMS烟气在线连续监测系统常见问题的探讨〔J〕.污染防治技术，2011，24(3):73-75.

〔5〕章卫军，叶国满，屠士凤，等.浙能乐清电厂脱硝系统热控设备优化改造〔J〕.自动化博览，2013(6):90-94.

〔6〕孟尚虎，宦培养.CEMS烟气预处理装置的改进及维护〔J〕.电力科技与环保，2011，27(2):56-57.

X701.7

B

1008-0198(2015)06-0081-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.06.023

张兰华 (1984)，男，湖北潜江人，助理工程师，从事火电厂热工控制工作。

2015-03-26 改回日期:2015-05-13