降低SCR脱硝烟气连续排放监测系统测量故障率的措施

祁姗姗

（安徽华电宿州发电有限公司，安徽宿州 234000）

降低SCR脱硝烟气连续排放监测系统测量故障率的措施

祁姗姗

（安徽华电宿州发电有限公司，安徽宿州 234000）

安徽华电宿州发电有限公司选择性催化还原（SCR）脱硝烟气连续排放监测系统（CEMS）投运初期故障频繁发生，影响了在线烟气监测的可靠性，给运行调整带来不便，同时还增加了检修作业量。对CEMS测量原理进行分析，汇总了CEMS日常故障及处理方法，并提出了预防措施。采取这一系列措施后，有效降低了脱硝CEMS的NOx和NH3测量故障率。

脱硝；选择性催化还原；烟气连续排放监测系统；NOx；NH3；测量；故障率

0 引言

GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》实施后，全面提高了烟尘、二氧化硫、氮氧化物（NOx）等污染物的排放控制要求，促使火电厂烟气排放监测更加受到重视。NOx作为烟气的主要排放污染源之一，降低其测量故障率，可为实现NOx的不间断监测提供保障。脱硝剩余产物NH3（氨逃逸）给设备和经济都带来负面影响，降低NOx测量故障率，可为机组稳定运行提供安全保证。本文以现场实例为基础，就如何降低测量故障率展开深入的研究。

安徽华电宿州发电有限公司一期工程安装2台630MW超临界燃煤汽轮发电机组，锅炉采用东方锅炉厂的Π型布置燃煤直流锅炉。2台机组分别于2013年8月和2014年5月投运选择性催化还原（SCR）脱硝系统，脱硝烟气连续排放监测系统（CEMS）分析仪表采用日本HORIBA公司生产的ENDA－600ZG型（入口，检测NOx和O2）和ENDAC2000型（出口，检测NOx，NH3和O2）烟道排气分析系统。该公司脱硝系统投运初期故障率很高，在总结故障原因的同时，也在思考降低故障率的措施。

1 测量原理

1.1 NOx测量原理

分析仪采取交替流动调制化学发光法测量NO（烟气中的NOx主要以NO2和NO形式存在，分析仪内部有NO2转NO元件）。化学发光技术利用了NO和臭氧发生反应时会发光且反应的光强度与NO的质量浓度成正比的原理，通过连续监测光的强度变化，从而确定NO的质量浓度。反应中所需的臭氧通过对空气进行紫外线辐射而获得［1］。

当检测池中没有NO气体时化学发光将不会产生，因此，样气和参比气体使用相同的零点校准气体（使用N2作为零点校准气体）进入检测池输出零点，避免了零点漂移。

1.2 NH3测量原理

分析仪采用抽取式催化反应法测量NH3，这种方法使用了目前在脱硝中广泛使用的SCR原理［2－3］。

上述两个反应式显示，NH3和NOx是按照1∶1的比例消耗的，也就是说，反应后烟气中减少的NO和NH3的质量浓度是一样的。

取样探头分成2个通道，称为NOx通道和NOx－NH3通道。一个通道里配置有2层还原反应催化剂，让NH3和NOx进行反应；另一个通道没有配置任何催化剂，也不会进行任何反应，就是把原始的烟气抽取到分析仪：这样，2个通道的差别正好是NH3的质量浓度。例如：烟气中NO的质量浓度为100 mg/m3，NH3质量浓度为10 mg/m3，则NO管线中NO质量浓度为100mg/m3，NOx－NH3管线中NO质量浓度为90 mg/m3［1］。

（1）样气必须具备的条件是ρNO≥ρNH3，若不满足该条件，NH3不能精确测量。

（2）催化剂部件需加热至350～700℃。

2 CEMS常见故障及处理方法

该公司CEMS常见故障及原因见表1。针对表1的统计结果，可知现场脱硝CEMS频繁发生故障的原因共有6个：取样管路堵塞；取样管路漏气；冷凝器损坏、接头腐蚀；反吹故障；取样泵损坏；仪表内部测量漂移。

表1 CEMS常见故障及原因

故障处理方法如下。

（1）更换取样管和接头，对取样管路进行吹扫。

（2）重新拆装接头并对探头滤芯进行清理。

（3）更换改进式玻璃冷腔冷凝器。

（4）更换不锈钢阀杆，将反吹各处接头重新紧固，更换腐蚀接头。

（5）更换取样泵泵膜，低温时将排气口放到室内。

（6）重新校验仪表。

3 实施措施

总结现场脱硝CEMS故障原因和处理方法，并加以运用，重点制订了4个措施来降低脱硝CEMS的NOx和NH3测量故障率。

3.1 日常检修

为了保证分析仪使用时能够长时间保持良好的状态，必须对分析仪进行日常维护检修工作。维护的频度根据使用状况和测试气体的性状而定，分析仪开始运转时，根据分析仪的运转情况决定合适的维护检修。保证运行设备元件的安全，避免不必要的测量故障。

（1）按1～7d的周期进行定期检修，检修内容见表2。

表2 按1～7d的周期进行检修的内容

（2）按3个月的周期进行定期检修，检修内容见表3。

表3 按3个月的周期进行检修的内容

（3）按6个月的周期进行定期检修，检修内容见表4。

表4 按6个月的周期进行检修的内容

（4）按照1年的周期进行定期检修。必须更换催化剂和泵隔膜组，其他根据具体情况进行更换。设备运行1年以上时，根据原件的具体状态（颜色、外观等）确定是否更换。

3.2 停机维护

停机期间，炉膛内工况为正压，分析仪运行，泵的阻力降低，加上灰尘量大，泵的正常工作会导致分析仪的气路元件内部积灰，对元件损坏较大。开机后，由于分析仪内部元件存在隐患，加上取样管中积灰，很容易发生测量故障。所以，停机后首先要将接入分析仪的取样管拔掉，并用胶布将取样管口和分析仪入口封住，然后再对分析仪采取一定的操作。

3.2.1 短期停机

（1）导入零点校准气体，或从分析仪样气入口吸入空气，反吹5 min以上；（2）将泵1、泵2的开关置于OFF；（3）将分析仪开关置于OFF；（4）将主电源漏电断路器（ELB）置于OFF；（5）将排水捕捉器中的水排干。

3.2.2 长期停机

如果长时间不使用该分析仪（1个月以上），可按照以下步骤保管分析仪：（1）停止分析仪；（2）如果持续有校准气体，确认活塞已经关闭；（3）再次运转该分析仪前，更换二次过滤器滤芯、涤气器、驱雾器及硅胶（硅胶变色为粉红色时）。

3.3 特殊情况下的维护

3.3.1 低温环境

低温环境下分析仪排气管放到室外会结冰，导致泵反抽空气，此时样气流量低，NOx测量值大幅降低。

从就地探头到分析仪的伴热如果不正常，取样管路内会积水，而NOx溶于水，会导致NOx值与NOx－NH3值产生偏差，从而产生测量误差。

3.3.2 高温环境

高温时，溢流口和注水口蒸发量大，分析仪内部水平衡会受影响，需不定期地通过注水口向水路加水，直至溢水口有水溢流，才能保证分析仪内部水平衡的稳定。

3.4 定期校准

将定期校验由1个月1次改为半个月1次，以提高测量的准确性。可以选择在分析仪处通标准气体，也可以从就地探头处通标准气体进行校准。后者排除了取样管路对测量的影响，测量值更准确，但是操作繁杂，一般选择前者。

（1）量程设定。测试、置换样气时，将会显示测试量程。导入校准气体时，将会显示已经设定的校准量程。

（2）标准气体选择。零标为N2，满标根据满量程确定，选择靠近但不大于满标值的NO为标准气体。

（3）单位折算。仪表上显示的单位为ppm，标准气体单位一般为mg/m3，一定要进行单位换算。

（4）校验故障。校验失败时有报警提示，一般是校准系数脱离了正常量程，重复校验后故障消除。

3.5 吹扫

脱硝CEMS的样品气体一般直接从含有大量粉尘的烟道气体中收集，导致大量的粉尘附着在过滤器的采样点周围，长时间吸收样气后一次过滤器会发生堵塞，容易造成故障，从而影响测量。

该公司采用在就地靠近探头处定期用反吹空气进行反向清洗的措施，存在两大弊端：一是由于就地球阀切换振动大，导致接头处容易松动；二是不能实现自动反吹。从表1的统计结果可以发现，这种操作明显加大了故障发生的几率。

该公司通过定期检查分析仪表反吹柜内取样管路各接头紧固情况，并采取开机前吹扫和定期从分析仪表向就地探头吹扫的措施，有效降低了该类故障的发生。下一步该公司将会对反吹系统进行改造，即将反吹柜改到CEMS控制柜内，采用电磁阀切换，将彻底解决就地球阀切换振动大而损坏取样管和取样管路堵塞问题。

4 结论

针对现场脱硝CEMS故障频繁发生而制定的措施是十分有效的，现场NOx和NH3平均测量故障率（单机）由2013年的1.25条/月降至2016年的0.29条/月，而且自2014年以来未发生过因SCR脱硝CEMS故障导致的环保异常。随着该公司SCR脱硝CEMS设备维护的逐渐完善，不仅会使NOx和NH3测量故障率得到更好的控制，而且能够最大限度地满足环保连续监测的要求。相信对SCR脱硝CEMS继续进行深入研究，一定能在保障脱硝监测数据准确的同时，保证脱硝系统分析仪表长期稳定运行，为机组的安全、稳定运行打下坚实的基础。

［1］孙克勤，韩祥.燃煤电厂烟气脱硝设备及运行［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［2］西安热工研究院.火电厂SCR烟气脱硝技术［M］.北京：中国电力出版社，2013.

［3］刘红蕾，刘永阳，李广华.火电厂烟气脱硫脱硝设备控制与仪表［M］.北京：化学工业出版社，2015.

（本文责编：刘芳）

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1674－1951（2016）10－0060－03

祁姗姗（1988—），女，江苏宿迁人，助理工程师，从事电厂脱硝工作（E-mail：821024708＠qq.com）。

2016－07－04；

2016－08－02