烟气脱硝紧急停车装置控制系统及改造

文　尧，谢碧蓉

(1.四川泸州川南发电有限责任公司，四川 泸州 646007；2.重庆电力高等专科学校，重庆 400053)



烟气脱硝紧急停车装置控制系统及改造

文尧1，谢碧蓉2

(1.四川泸州川南发电有限责任公司，四川 泸州 646007；2.重庆电力高等专科学校，重庆 400053)

摘要：介绍川南电厂烟气脱硝工艺系统及流程，针对烟气脱硝紧急停车装置(ESD)控制系统存在的问题，从工艺、仪表配置、控制系统可靠性、保护系统等几个方面进行改造，提高了系统的安全性，而且取得了良好的经济效益。同时论述了选择性催化还原技术(SCR)系统常见故障诊断及处理方法。

关键词：脱硝系统；改造；节能减排

随着我国电力建设的迅速发展，大气和酸雨污染日益严重。特别是近年来，大城市NOx污染严重，区域性NOx污染逐渐加剧。研究结果显示，氮氧化物排放量的增加使得我国酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变，硝酸根离子在酸雨中所占的比例从20世纪80年代的1/10逐步上升到近年来的1/3[1]。

燃煤发电过程产生的众多气态污染物中，氮氧化物危害很大且很难处理。煤燃烧产生的氮氧化物主要包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)及少量其他氮氧化物。其中的NO排到大气中很快就会被氧化成NO2。NO2是一种红棕色的，有毒性和刺激性气体，大气被NO2污染后，还会使机器设备和金属建筑物过早损坏，妨碍和破坏植物的生长，降低大气的可见度，阻碍热力设备出力的提高，甚至使设备的效率降低[2]。因此，为了防止NO2及其引起的光化学烟雾的危害，必须抑制煤炭等燃料燃烧时氮氧化物的生成量。

1选择性催化还原(SCR)技术烟气脱硝工艺系统及流程

1.1SCR烟气脱硝工艺系统

川南电厂2×600 MW亚临界机组烟气脱硝采用美国巴威(B&W)公司引进的SCR脱硝装置。每台发电机组设2套SCR反应器，脱硝装置共设有4套SCR反应器。整个脱硝工艺系统分为SCR区和氨区，SCR反应器系统包括烟气系统、氨/空气混合系统、氨喷射阀门站及蒸汽吹灰系统等。氨区包含液氨卸料系统、液氨存储系统、液氨输送蒸发系统及电气系统等。

机组主机集散控制系统(DCS)采用艾默生OVATION系统。锅炉侧脱硝SCR反应系统控制原则上纳入相应单元机组的DCS控制系统，即新增控制器的所有数据与原DCS数据库合并，形成一套完整的DCS数据库，每台锅炉脱硝SCR反应系统按增加1对控制器及相应控制机柜的形式，布置在相应机组DCS的电子设备间内。公用氨制备区设置DCS远程子站(增加1对控制器及相应控制机柜)，通过光纤连接到1#机组DCS系统，数据库与原1#机组DCS数据库合并，并采用通信的方式将整套氨区的数据通信到2#机组DCS，满足2#机组DCS对氨制备区设备的监视和操作。SCR反应器的吹灰设备也纳入DCS控制。

1.2SCR烟气脱硝工艺流程

川南电厂的脱硝装置采用高含尘烟气段布置，即布置在锅炉省煤器出口高温段，位于锅炉空预器和除尘器之前。系统不设置旁路，烟气从省煤器出口进入反应器，反应后的烟气直接进入空气预热器，在省煤器和反应器之间的烟道上设有喷氨格栅和混合器。每台锅炉烟气分两路从省煤器出口的烟道水平引出，经过一段垂直向上的烟道，转2个90°弯头进入脱硝反应器，在垂直段烟道内布置有喷氨格栅，用于氨的喷入，转弯处及反应器入口均有整流均布装置，反应器内布有催化剂层，烟气在反应器内接受催化剂的催化作用，NOx与NH3反应生成N2和H2O，净烟气从SCR反应器底部出来后进入到下游的锅炉空气预热器。反应器内依靠蒸汽吹灰器不间断地吹扫，保证催化剂层表面不积灰，获得可靠的脱硝率，维持稳定的压降，保证系统的稳定连续运行。

2SCR反应器氨气喷射量调节系统

2.1控制系统的可靠性措施

控制系统的可靠性措施有以下几个方面：1)控制器冗余配置；2)数据高速公路冗余；3)DCS的I/O机柜供电电源冗余；4)机柜内供电双重化；5)关键的参数测量均冗余设置，例如吸收塔顶部压力和温度值；6)采用微处理器技术的控制系统，均具有自诊断功能，在内部故障还没有干扰生产过程之前，即能在系统本身范围内检测到故障并实行防止故障扩大的措施，同时进行报警和记录[3]。

2.2 氨喷射自动控制系统

喷氨量控制系统包括氨气喷射流量的控制和氨气事故截止阀的控制。系统根据锅炉烟气量、烟气温度、SCR反应器进出口NOx浓度、SCR反应器出口氨逃逸量等运行参数，自动控制氨喷射量。控制系统结构如图1所示。

图1　氨自动控制系统结构图

为保证脱硝的效率和高效的氨利用率，通过调节氨/空气混合稀释器入口阀开度，控制进入氨/空气混合稀释器的氨的浓度，控制SCR反应器出口氮氧化物的浓度达到标准排放值。为了获得更好的动态特性，引入SCR反应器入口烟气流量作为辅助信号。SCR反应器出口氮氧化物浓度与其入口氮氧化物的浓度比较后，根据烟气的流量以及设定的氮氧化物排放浓度计算出需要的氨流量作为调节流量的设定值来控制氨/空气混合稀释器入口调节阀的开度。控制系统原理图如图2所示[4]。

图2　SCR反应器氨气喷射量调节原理图

3烟气脱硝紧急停车装置(ESD)控制系统存在的问题

烟气脱硝ESD控制系统存在以下几个问题。

1)氨储罐喷淋降温水和事故喷淋水水量未核算。

2)选用工业水作为水源，目前工业水泵裕量不足，还应考虑水源问题。

3)液氨蒸发器设置为2×110%额定量，而规程要求按设计工况下氨气消耗量的120%设计。

4)氨气泄漏检测器布置位置不清楚。

4烟气脱硝ESD控制系统的改造

4.1工艺、仪表配置改造

工艺、仪表配置改造从以下几个方面入手。

1)增加储罐设置液位计、液位高开关 、压力变送器。

2)氨罐的出液口设置ESD系统专用气动紧急关断阀；氨罐进液口设有气动紧急关断阀，该阀与DCS共用，其阀体上设有由ESD系统控制的电磁阀起紧急关断的作用。

3)在1#氨罐与2#氨罐之间以及2#氨罐与3#氨罐之间各安装1个氨罐泄漏检测仪，共计2个。

4.2控制系统可靠性的改进

控制系统采取以下措施增加系统的可靠性。

1)信号检测时，为保证重要信号的可靠性，SCR反应器入口温度采用三选二测量方式，1#、2#液氨储罐压力采用二选一测量方式。

2)控制系统设计完善的联锁功能，如备用设备启停联锁、箱罐池的高低液位联锁、管道设备冲洗联锁等，使控制系统能对运行工况变化自动及时地作出反应，保证系统稳定运行。

3)信号报警系统设计能在脱硝工程越限、保护动作以及重要控制装置电源故障时，通过分散控制系统的LCD报警，并可进行相关的报警记录及打印[5]。

4.3保护系统的改进

保护系统的改进有以下几种情况。

1)当1#氨罐达到高高液位2 910 mm，或1#氨罐液位高报警开关讯号来，或1#氨罐两个压力变送器中任一检测值达到高限2 200 kPa时，则自动联锁关紧急关断阀00HSJ11AA001。

2)当2#氨罐达到高高液位2 910 mm，或2#氨罐液位高报警开关讯号来，或2#氨罐两个压力变送器中任一检测值达到高限2 200 kPa时，则自动联锁关紧急关断阀00HSJ12AA001。

3)当3#氨罐达到高高液位2 910 mm，或3#氨罐液位高报警开关讯号来，或3#氨罐两个压力变送器中任一检测值达到高限2 200 kPa时，则自动联锁关紧急关断阀00HSJ13AA001。

4)当1#、2#氨泄漏检测仪检测漏氨浓度达到高高限75 ppm ，或2#、3#氨泄漏检测仪检测漏氨浓度达到高高限75 ppm，或1#、2#氨泄漏检测仪与2#、3#氨泄漏检测仪检测氨浓度均达到高限60 ppm ，且同时超过高限的时间长于60 s时，则关紧急关断阀00HSJ11AA001、00HSJ12AA001、00HSJ13AA001、00HSK11AA001、00HSK12AA001、00HSK13AA001，切断进出料。

5脱硝系统主要故障处理

5.1故障处理的一般原则

1)故障发生时迅速按规程规定正确处理，在保证人身、设备安全的前提下，尽量不影响机组安全运行。

2)应正确判断和处理故障，防止故障扩大，限制故障范围或消除故障原因，恢复装置运行。在装置确已不具备运行条件或危害人身、设备安全时，应立即停运处理。当达到应急预案响应级别时，立即启动应急预案。

3)故障处理完毕，运行人员应实事求是地把事故发生的时间、现象、所采取的措施等做好记录。并组织有关人员对事故进行分析、讨论、总结，从中吸取教训[6]。

5.2氨区系统常见故障诊断及处理方法

氨区系统常见故障诊断及处理方法如表1所示。

5.3SCR系统常见故障诊断及处理方法

SCR系统常见故障诊断及处理方法见表2。

表1　氨系统常见故障诊断及处理方法

表1　(续)

表2　SCR系统常见故障诊断及处理方法

6结束语

对烟气脱硝ESD控制系统进行改造后，消除了安全隐患，降低了NOx的排放。此次烟气脱硝ESD控制系统的改造，不但提高了系统的安全性，而且取得了良好的经济效益，并且对缓解酸雨污染及降低温室效应起到了更大的作用。

参考文献：

[1]张林军．300 MW机组锅炉SCR脱硝系统运行优化研究[D]．广州：华南理工大学，2010.

[2]徐妍 ．SCR反应器优化设计及对锅炉运行影响的研究[D]．北京：华北电力大学：2008.

[3]孙小青．烧结烟气氨法脱硫DCS控制系统[J]．自动化技术与应用，2014(8)：63.

[4]谢碧蓉，向贤兵，曾蓉．热工过程自动控制技术 [M]．2版.北京：中国电力出版社，2015：315.

[5]徐澎波，何仁初，赵立华．火电厂氨法烟气脱硫装置运行参数检测与控制系统设计[J]．自动化技术与应用，2011(10)：28-29.

[5]国家能源局.火电厂烟气脱硝(SCR)装置运行技术规范 ：DL/T 335—2010[S].北京：中国电力出版社，2011.

A Study on the Emergency Shutdown Device Control System of Denitration and Its Renovation

WEN Yao1，XIE Birong2

(1．Sichuan Luzhou Chuannan Power Generation Co., Ltd.，Luzhou Sichuan 646007，P.R.China；2．Chongqing Electric Power College，Chongqing 400053，P.R.China)

Abstract：This article introduces the technological process of the denitration system in Sichuan Luzhou Chuannan Power Generation Co., Ltd.．Based on the problems of the Emergency Shutdown Device(ESD) control system of denitration，it also introduces its renovation in the aspects of the technology，the instrument configuration，the reliability of the control system and the protection system，which has improved the security of the system and the economic benefits of the enterprise．Finally，it discusses about the diagnoses of common faults and related solutions of the Selective Catalytic Reduction(SCR) system．

Key words：denitration system；renovation；energy conservation and emission reduction

收稿日期：2015-05-12

作者简介：文尧(1983-)，助理工程师，研究方向为热工过程自动控制。

中图分类号：TM621

文献标识码：A

文章编号：1008-8032(2016)02-0044-05