基于火电机组脱硫系统在线测量装置的安装、维护与管理

郑璐 张国志

（内蒙古赤峰市元宝山发电有限责任公司热控分公司内蒙古赤峰024070）

0 引言

火力发电厂是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，是现在电力发展的主力军。不可否定的是，火电厂燃烧后排出的大量烟气对人的生存环境造成越来越严重的影响，其排入大气中的某些成分，如CO2、NOX、H2O等气体，加强了温室效应。这要求我们在提高火电技术的方向上更要着重考虑电力对环境的影响。国家为了实现烟气各项指标的监控，评估企业排放对环境的影响，出台了火电厂的强制性排放标准。绝大部分火电厂采用湿式脱硫，火电厂烟气脱硫、脱氮系统的测量仪表对于监视和控制整个工艺过程至关重要，湿式脱硫在工艺上较复杂，大量的火电机组在烟气系统原烟气和净烟气侧安装烟气在线测量（CEMS）系统，指导整个工艺过程，并实现烟气排放的远程监控。

1 烟气测量设备

1.1 设备安装

单机装机容量较大的机组通常设计两条原烟气通道和净烟气通道，锅炉的原烟气经由两台增压风机分别送入脱硫吸收塔。原烟气的在线测量装置安装方式有两种，一种为分别安装在两台增压风机入口的两个独立烟道上，另一种是安装在两台增压风机出口的混合烟道上（即吸收塔的原烟气入口处）。这两种测量方式从经验值比较，在两台增压风机入口的独立通道上分别安装原烟气测量装置科学，能够分别反映两条通道的烟气含量指标。在两台增压风机出口的混合通道上安装一台测量装置，虽然节省了资金，但最大的弊端是烟道内部介质正压，对测量设备腐蚀严重，尤其是对激光测尘仪损坏更大，喷出的烟气直接与镜头接触，大大缩短了其使用寿命。另外，测量位置也较难确定，测量值不能真实反映原烟气的烟气指标。

净烟气测量设备也基本采用两种安装方式，一种是在吸收塔出口两侧的两个独立的净烟道上各安装一套，分别监视左右两侧的烟气参数；另一种是在烟囱的30米标高处只安装一套，对混合后的烟气进行监测。早期投运的脱硫系统，为便于安装和利于隔离检修，绝大部分采用第一种测量方式，即将测量设备安装在烟囱两侧的水平净烟道上，随着脱硫技术的不断发展和成熟，为满足环保部门监测的需要，近期投运的脱硫系统均采用第二种测量方式，搭设专用检修平台和走梯，将监测设备安装在烟囱上，该方式既节约了成本，又提高了测量的可靠性，与第一种相比更为合理。需要特别指出的是：无论何种安装方式，测量筒通常安装在风道的两侧，位置最好高于风道的平行中心线，并有5-10O左右的向上倾斜，湿式脱硫在机组运行一段时间，风道内将留存大量的浆液凝固物，造成风道中心线上移，测量取样桶有一定的倾斜也不容易造成测点堵塞。

1.2 测量设备的工作过程及原理

CEMS测量设备的工作过程（见下图）及原理：

烟气经过采样探头和电加热管线由采样泵抽取至分析仪仪表柜。采样探头是由取样探杆、过滤器（碳化硅陶瓷2μm孔隙）、加热装置、温控器组成；取样管线是由PTFE样气管、伴热带、保温层及外防护层组成。采用K型热电偶测温通过温控器控制加热温度。为了保证从取样点到分析仪仪表柜传输样气过程中不出现样气冷凝现象，避免SO2损失，取样探头及取样管线均采用加热方式，温度设定为80-100℃（在探头温控器及取样管温控器上设置）。样气过滤主要通过探头过滤器（2μm孔隙）、分析柜内通用过滤器、保护过滤器来完成。样气进入分析仪仪表柜，通过压缩机冷凝器来对样气进行快速冷凝，经过冷凝器后的样气将满足分析仪的进气要求。冷凝器的控制温度设定在5℃±2℃。当冷凝器制冷温度不在设定范围内时，将输出报警信号，停止采样泵工作，以避免湿样气进入分析仪，从而对分析仪造成污染。冷凝出样气中的水，由蠕动泵排出。正常情况下，气体分析仪应处于测量状态，通过红外法检测烟气中SO2和NOX的浓度。但气体分析仪也需要定期校准。系统校准分为二部分，即零点校准和量程校准。零点校准：零点不需要外部干预，当分析仪进入零点气（即空气）校准时，PLC控制三通阀动作，这时采样泵抽取的是环境空气，零点校准结束，两通电磁阀动作，这时采样泵抽取的是样品气，以置换原来管路中的零点气（即空气）。当零点校准结束时，将不会造成测量数据波动。量程校准：在进行量程校准时，要先在仪器屏幕上选择量程校准菜单，这时PLC将控制三通阀和相应的两通阀动作，再缓慢打开标准气瓶上的减压阀，并观察浮子流量计的指示，调整减压阀，使通入量程气流量在1-2升/分钟；如果分析仪读数稳定后的数值与气瓶标定读数误差超过10%，应启动分析仪的校准功能，消除量程漂移。在上位机上操作结束量程校准，量程校准数据将自动存储，关闭气瓶减压阀，校准完毕。

2 测量密度计

2.1 密度计的安装

脱硫系统有一个重要指标是吸收塔的石膏浆液密度。密度的测量通常有两种方式。一种是直接测量方式，一种是间接测量方式。直接测量方式是浆液直接流经密度计，由密度计本身计算出实际的密度值。此测量方式的缺点是：所需成本较高，安装相对复杂，需要接引专门的测量管线，同时必须充分考虑应力的影响，防止出现漏泄；优点是测量精度高，回路简单，由密度计直接计算出密度值，并可在就地和远方同时显示。间接测量方式是通过测量吸收塔底部液位的高度差来计算实际的浆液密度，即在吸收塔底部两个不同的标高处各安装一台压力变送器（通常取一米的高度差），由压力变送器测量出两个取样点处的压强值，并将该压强值转换为标准的4～20mA电流信号送入DCS，在DCS内部再进行运算，得出最终的浆液密度值。此测量方式的缺点是：测量回路相对复杂，精度较低，取样点处容易堵塞，需要经常冲洗。优点是:成本较低，安装方便，对周围环境要求不高，使用寿命长。

2.2 密度计的工作过程及原理

直接测量方式通常采用质量流量计测量液体的密度，其工作过程较为简单:浆液由循环泵出口母管引出，经手动门后，引入质量流量计内部，质量流量计出口再与吸收塔顶部连接，浆液直接排入吸收塔内部。计算公式为，其中，ρ为吸收塔浆液密度，m为浆液质量，v为浆液体积，其原理为：密度是单位体积内的质量，同样的体积，不同的质量，对应的密度也不同。间接测量方式是通过测量吸收塔底部的液位高度差来计算浆液密度，计算公式为，其中，ρ为吸收塔浆液密度，P1为下部压力变送器测量值，P2为上部压力变送器测量值，g为常数（即重力加速度），h为两变送器之间的高度差。其测量原理为：当液体的高度差一定，其产生的压强与密度成正比，这种测量方式切记将取样点和搅拌器有较好的配合，防止取样点堵塞，并且需要加装反冲洗装置，进行定期冲洗，充分保证取样点畅通。

3 测量设备的维护管理

脱硫烟气在线设备和密度计安装在有腐蚀性的区域，特别是净烟气侧取样装置，安装点腐蚀性较强，伴随5-8米的烟气流速，提高设备在线可靠性，定期维护保养尤为重要。常规烟气测量将进行如SO2、NOX、O2的监测，解决取样管线堵塞问题是维护的关键，当采样管线堵塞时，样气流量降低造成采样泵负荷加大，造成泵长期在低流量下运行而损坏，更重要的是，管线堵塞后数据测量和实际偏差较大。为此，在设计时，要在系统加装取样管线的反吹装置，每隔15分钟进行一次吹扫，吹扫过程中烟气各数据采集量将采集上一周期的数据，防止不正确的数据进入采集系统。

吸收塔密度计控制着塔内石膏浆液的排放，保持塔内物料的平衡。若浓度低于某一定值时，浆液需打回吸收塔再循环，若浆液浓度高于设定值，则将浆液进行脱水，出石膏。浆液密度计显示不准确，特别是在显示密度偏低的情况下，塔内实际密度较高，可能造成浆液浓度过饱和度偏高，出现严重的结构现象。对于采用压差测量通过计算得出密度值的测量方法，如果测量数据偏低，容易造成由于实际液位偏高造成的浆液倒灌等影响脱硫系统安全运行的问题。因此，密度计是湿式脱硫系统中特别重要的参数，必须准确。对于采用直接测量密度的质量流量计而言，需要对其进行定期水冲洗，防止管路堵塞和元件内壁结垢，影响测量精度。对于采用间接测量方式的两台压力变送器，除了要定期进行水冲洗以外，还必须利用机组停备机会，将变送器拆下，对取样筒进行全面彻底的清理。

4 结束语

为建设资源节约型社会和环境友好型社会，节能减排是当务之急，随着国家对生产企业环保监管力度的不断加大，本文所提到的脱硫系统在线监测装置和吸收塔石膏浆液密度测量装置提供的数据显得尤为重要。可靠的监测设备是机组经济达标运行的有效手段，无论采用哪种测量设备，选择哪种安装方式，我们维护人员都要对其进行管理、研究，找到设备的薄弱环节，加强维护并尝试改造，为我们最终实现环境安全提供准确的依据。

[1]元宝山发电有限责任公司600MW机组脱硫运行规程

[2]元宝山发电有限责任公司600MW机组热控检修规程