浅谈烟气超低改造中热控设计的主要内容

王继华

摘 要：人类在开发利用能源的同时，也面临着日益严重的环境问题，超越了环境自身的承载能力，使生态环境越发恶化。火电厂燃煤锅炉在发电过程中，排放了大量的烟尘、二氧化硫、氮氧化物。2014年9月，国家发改委、环保部、国家能源局联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划》之后，全国各地的燃煤电厂广泛开展建设烟气超低排放改造项目。笔者经过多个项目的设计经验总结，通过本文简要介绍在超低改造项目中热控专业设计中的主要改造内容，设计中的相关注意事项。

关键词：超低排放 CEMS 微尘仪

中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（b）-0041-02

依据环保最新要求，燃煤机组在烟气排放的标准为氮氧化物50mg/m3、二氧化硫35mg/m3、烟尘5mg/m3（具体规定查阅《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）。为满足污染物排放标准的要求，大部分燃煤机组在原有脱硫、脱硝、除尘等配置的基础上进行了烟气超低排放改造的建设。而在此改造项目中，热控专业设计的主要改造内容有以下几个方面。

1 DCS/PLC控制系统

根据改造后的工艺系统流程图（PID系统图），热控设计人员据此统计出项目改造新增的I/O测点数量；经现场踏勘或是工程资料收资，获悉改造前DCS/PLC控制系统的具体配置情况、技术协议的其他要求（是否有新增操作站，控制系统升级改造，历史站扩容改造等內容），从而选择控制系统的配置方案。常规设计有在原有机柜内新增部分卡件、有新增扩展柜、有新增控制柜等几种设计方案。但通常情况下，新增机柜的电源取自原有控制系统电源柜中的备用回路开关，无需额外新增电源柜。

注意事项如下。

（1）无论超低改造时，控制系统配置方案如何，切勿忘记将新增设备和对已有设备的组态、现场调试、软件系统改造工作等及在原操作员站（或新操作站）上增加本期的画面组态工作等内容包含在DCS/PLC控制系统采购内容中。

（2）在DCS/PLC控制系统改造时，设计人员应现场踏勘，核实原有系统网络交换机接口配置情况，是否有足够的空余接口用于改造新增机柜设备的网络连接，若交换机备用接口数量不足，应在控制系统设备采购阶段，考虑升级交换机及其相应的设备、线缆配备等。

2 热工仪表

根据改造后的工艺系统流程图（PID系统图：Piping & Instrument Diagram，又称带控制点的工艺流程图。包括所有的管路、工艺设备、热工仪表、以及各种阀门等），热控设计人员依据工艺配置要求、热工仪表的设置位置、介质测量条件、量程范围等内容，对热工仪表（含温度、压力、流量、液位、密度等）进行合理选型，满足用于实现整个控制系统的自动连锁控制需要，重要参数的现场监视等。

注意事项如下。

（1）热工仪表的安装方式（法兰、螺纹、插入式）和接口尺寸，必须确保与相关专业预留接口相匹配。尤其是吸收塔上的仪表管口、箱罐上的仪表管口等。确保现场到货仪表、阀门等与设备达到无缝连接。

（2）特别注意测量浆液的变送器仪表，应配置冲洗环，且需在安装材料清册中开列冲洗阀门、冲洗管道等辅材；测量浆液的电磁流量计仪表，应配置接地环，且需在安装材料清册中开列接地线辅材。热工仪表安装图应依据仪表供货厂家资料进行绘制。

3 热工电源

在超低改造项目中，关于热工电源的配置改造，完全依据改造新增电负荷的容量、回路数量以及原有电源柜的配置情况来选择电源改造方案。通常有以下两种情况。

（1）新增负荷较少，回路较少，经核实原有电源柜中备用开关回路可满足本次改造新增设备（热工仪表、气动/电动执行机构）的供电，可直接利旧原机柜，原有备用回路或在原机柜内新增部分开关。

（2）新增负荷较多，回路较多，经核实原有电源柜内备用回路开关无法满足本次改造新增设备（热工仪表、气动/电动执行机构）的供电，则选择新增热工电源柜的方案，并向电气专业进行电负荷提资，给新增电源柜提供进线电源。

注意事项：采取新增热工电源柜的方案时，若是原有热工电子设备间内无机柜备用位置，可依据新增设备的实际布置位置，选择设置一个或多个就地电源箱的供电方式。

4 烟气连续排放监测系统（CEMS）

在燃煤机组烟气超低排放改造项目中，CEMS系统的改造是必不可少的，且是非常重要的环节。CEMS系统数据测量输出的各类参数值，将直接接至环保平台。烟气超低排放改造后，烟气排放标准是否达标，将以净烟气出口CEMS系统的数据检测结果为准。在执行超低排放标准之前，对氮氧化物、二氧化硫、烟尘的排放要求并不高，故在原有系统配置时，对测量仪表、分析仪表的量程选型较大，根本无法满足超低排放的测量要求。故而在超低改造时，对净烟气出口CEMS系统采取分析仪更换、部分测量仪表更换或是全套CEMS系统更换等多种方案，具体改造内容依据电厂原有CEMS配置情况而定。

净烟气出口CEMS系统监测的主要参数有SO2浓度、NOX浓度、O2浓度、烟尘浓度、烟气流量、压力、温度、湿度。

其中烟尘浓度通常采用微尘仪（量程为0～10mg/m3）测量。测量原理有电晕荷电、空气动力学、激光散射、微振天平等。目前项目中使用颇多的测量原理为激光散射法，优点为快速响应、设备简单；缺点为受颗粒物特性的影响（密度、大小等），无法区分水滴和颗粒物。光学法微尘仪主要有福德世（PFM06ED）、西克麦哈克（FWE200）、杜拉格（DR800系列）等品牌。不同供货商所供的微尘仪及其配套设备，所需电源电压等级、容量均有所不同，设计人员应依据原有CEMS电源配置情况，微尘仪系统电源要求等两方面综合考虑微尘仪的电源取向。可通过CEMS系统电源箱供电，亦或直接由电气开关柜提供供电回路。

其中烟气流量通常采用矩阵多点流量测量装置。烟气测量一次测量元件是基于靠背测量原理。特点有免维护-自清灰功能；准确-矩阵多点布置测点；安装方便-插入式；耐磨-外加涂层。根据工程具体工况，烟道尺寸，通过流量计算模型得出最佳测点数量。采用耐磨涂层，可保证1～2个大修期内不被磨损。

5 热工电缆

关于超低改造项目中，热工电缆清册是热控设计必不可少的内容。热工电缆的具体选型、截面参数等应满足国家标准规程规范以及超低改造技术协议对电缆的技术规范要求。热工电缆的编码原则应与原有系统保持一致，方便运行检修维护。在改造中涉及移位的设备，可依据移位距离的长短，进而决定电缆是否更换；在改造中涉及原位更换的设备，通常采取电缆利旧的原则，除非更换后的设备电源、信号等与原设备的差别较大，电缆再按照新增考虑。

6 结语

每个燃煤机组在脱硫、脱硝、除尘装置的配置、设备投运的时间、实际使用情况、污染物脱除效率等方面均各不相同，故而在超低排放改造时，各个专业涉及的改造内容亦是不同，本文仅是概述的列出热控专业改造的一些共性内容，并不能全面代表改造中的全部设计内容。每个项目都是个体，都有相对适合匹配的改造方案和详细设计内容。

参考文献

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