火電廠煙氣脫硫裝置典型儀控設備運行維護分析
摘要:介紹了煙氣在線分析儀、電動門和pH計等脫硫系統典型儀控設備的故障處理、技術改造和安裝方式,分析了具體的運行維護方案,并針對其不足給出了改進方案。
關鍵詞:脫硫典型儀控設備,運行維護方案,技術改造
引言
華電四川發電有限公司內江發電廠白馬電廠 (以下簡稱白馬電廠) 2 ×200MW (# 22機組、代管# 23 機組)和1 ×220MW (# 21機組)機組鍋爐為超高壓、中間再熱參數、自然循環汽包爐,設計燃料為宜賓地區無煙煤,硫的質量分數高限為4. 2%。每臺鍋爐配備雙室四電場靜電除塵器, 除塵效率大于 99. 5%。新安裝2套石灰石- 石膏濕法煙氣脫硫裝置: 1 ×200MW 機組新安裝“一爐一塔”脫硫裝置, 由于二氧化硫質量濃度太高,吸收塔設計為5層噴淋層結構;另2臺鍋爐(1 ×220MW和1 ×200MW) 采用“兩爐一塔”脫硫裝置處理煙氣,吸收塔設計同樣為5層噴淋層結構。
該系統主要技術設計參數(標態, 干基,α = 1. 4) :最大煙氣處理量, 2 ×815 000m3 /h;進口二氧化硫質量濃度, 9 100mg/m3 ;進口煙塵質量濃度, ≤ 200mg/m3 ;出口二氧化硫質量濃度, < 455mg/m3 ; 出口煙塵質量濃度, ≤50 mg/m3 ; 脫硫效率, 95%。脫硫劑為石灰石顆粒,脫硫鈣、硫比為1. 03。設計工況下,石灰石耗量25. 7 t/h, 12. 85萬t/年。副產品石膏產量35 t/h, 17. 5 萬t/年,年脫除二氧化硫 7萬t。
2006年10月31日脫硫裝置完成168 h試運以來,儀控設備相繼發生了不少問題,本文就脫硫裝置典型儀控設備出現問題的原因及處理辦法進行分析。
1 煙氣在線分析儀運行維護分析
1. 1 原煙氣分析儀量程不能滿足現場要求
白馬電廠地處西南高硫煤(硫的質量分數為 3 % ～5% )區域,按脫硫裝置設計要求燃用煤中硫的質量分數應不大于4. 2% (原煙氣SO2 質量濃度為10 900mg/m3 ) ,凈煙氣排放質量濃度應低于1 200 mg/m3。火電廠實際原煙氣中SO2 的質量濃度通常為5 000～15 000mg/m3 ,而原煙氣分析儀SO2 質量濃度量程為0～9 999mg/m3 ,遠遠不能滿足現場SO2 質量濃度的檢測要求。
(1)使用原煙氣分析儀, SO2 質量濃度可以測量并顯示至10 000mg/m3 以上,但分析儀量程調整只有4位數,最高只能顯示9 999mg/m3 ,因此,輸出電流4～20mA只能對應0～9 999mg/m3 ,無法調整原煙氣分析儀使量程為5位數。
(2)簡單擴展分析儀量程(超過上限20mA) 。由于擴大原煙氣分析儀量程的方案短時間內不能實現,故嘗試通過采集原煙氣分析儀超過量程上限電流值擴展分析儀量程。對原煙氣分析儀試驗結果為:原煙氣SO2 質量濃度超過13 000mg/m3 時,分析儀電流輸出值最大為25. 2mA;原煙氣SO2 質量濃度為9 999～13 000mg/m3 時,可以對應20～25mA, 基本滿足線性要求。通過試驗證實:煙氣在線分析儀(CEMS)的3條輸出系統中,只有DCS卡件可以識別超上限電流20～25mA,上位機PLC輸入卡件和環保實時數據系統輸入卡件均不能識別超上限電流。最終放棄了該方案。
(3)目前可采用2種方式解決:通過代理商尋找可以進行量程擴展業務的維修廠家擴大現有原煙氣分析儀量程;購買0～20 000mg/m3 量程的分析儀。維護方案:目前已購買并安裝0～20 000mg/m3 的原煙氣分析儀,并書面聯系四川省環保局信息中心、四川省調度局和華電集團公司生產實時系統管理部門修改量程數據。
1. 2 分析儀樣氣取樣口加熱器溫控開關損壞
現場經常發生分析儀樣氣取樣口堵塞的情況, 經仔細檢查發現,由于樣氣取樣口加熱器溫控開關損壞,樣氣取樣口不能加熱,常溫下取樣口結露堵塞。溫度控制開關損壞的原因是溫度控制開關直接與熱負載相連,因溫度控制開關控制觸點容量低而燒壞。經實際驗證,取消溫度控制開關,電源與加熱器直接接通,因取樣口保溫差散熱量大,溫度保持較好,基本解決問題。
維護方案:在溫度控制開關與加熱負載之間加裝隔離繼電器,繼電器輸出接點容量選取高于熱負載參數,以保證溫度控制開關長期正常運行。
1. 3 CEMS系統雷擊故障
脫硫CEMS系統分別于2008年8月1日、2007 年7月10日發生2次系統組件大面積損壞故障,經查證, CEMS上位機歷史數據中斷時間與現場煙囪附近發生雷擊時間接近,因此判斷CEMS系統組件損壞的主要原因是雷擊。損壞的設備有PLC輸入/ 輸出卡件、上位機232通訊口和外圍大部分變送器 (單路擴2路卡件、壓力變送器、差壓變送器、濕度變送器和粉塵儀等) 。
經現場調查和分析,認為完善CEMS接地系統、加裝防雷柵和防雨棚是避免雷擊的有效方案。
(1)完善CEMS接地系統。
1)新施放電氣接地網到CEMS小間接地電纜 (95m2 )作為整個系統接地引出線。
2)就地變送器電源接地通過電纜備用芯接入 CEMS小間系統接地。
3)就地變送器接入CEMS小間的電纜屏蔽層接入系統接地。采用單端懸浮接地的方式,將電纜屏蔽層在CEMS小間側接地。
4)把所有PLC卡件接地端接入CEMS小間系統接地。
(2) CEMS系統加裝防雷柵。
1) CEMS 系統總電源加裝電源防雷柵。在 CEMS系統總電源加裝電源防雷柵后,雷擊時強電竄入電源系統,電源防雷柵會自動切斷電源裝置,防止電源損壞。
2)有接入PLC輸入卡件或轉換卡件的測點接入前,加裝測點防雷柵,雷擊時強電竄入信號線,測點防雷柵自動燒損,同時避免PLC輸入卡件或轉換卡件損壞。
(3)分析儀就地取樣平臺加裝防雨棚,確保取樣設備干燥,可最大程度地降低EMS系統遭雷擊的幾率。
2 脫硫系統電動門運行維護
2. 1 漿液管線電動門蝶閥的安裝方式
管道中漿液(石膏漿液和石灰石漿液)在長時間(2 h以上)靜置后會沉積變硬是由石灰石濕法脫硫工藝決定的。因此,漿液管線電動門蝶閥安裝方式為:轉軸軸線應水平,閥板下半周應沿漿液流動方向開啟。
安裝原理:以關閉閥板為界,靠近容器(容器指漿液箱、罐等)側漿液會沉積,而遠離容器側在沖洗干凈后只有清水。這樣,即使漿液側沉積后,開啟閥門時閥板受力也較小;反之,閥板受力很大,造成電動門過力矩開關動作,無法操作電動門。
由于施工單位缺乏脫硫施工經驗,石膏排出泵和磨煤機再循環泵的入口電動門蝶閥轉軸軸線垂直安裝,造成電動門過力矩動作,無法開啟電動門。維護方案:電動門管線停運時,將電動門蝶閥旋轉,使轉軸軸線水平,閥板下半周應沿漿液流動方向開啟,可解決電動門過力矩動作、無法開啟電動門的故障。
2. 2 電動門無就地機械位置指示
由于設備選型的原因,造成石膏排除泵管線、磨制區再循環泵管線及石灰石供漿泵管線電動門沒有就地機械位置指示,造成以下情況:
(1)電動門前后管道安裝完畢后無法重新調整電氣開度,每次調整電氣開度必須拆開電動門前后管道,憑空增加機務拆裝工作量;
(2)電動門發生電氣故障時,由于就地無機械指示,手動操作電動門無法判斷開度,經常開過頭或關過頭。
經與總承包商、電動門廠家協商,確定維護方案為:延長傳動軸,加工用于連接閥體和電動門的鏤空連接法蘭,露出傳動軸以顯示閥體機械開度。
2. 3 因風機振動造成電動調節門和電動門損壞
(1)增壓風機動葉電動調節門為風機廠配套的奧瑪(AUMA)電動調節門,直接安裝于動葉調節門附近的風機本體上,通過連桿與調節門連接。增壓風機動葉投入自動調節4個月后,動葉電動調節門電機燒壞。用國產電動調節門安裝于地面,采取加長連桿的辦法恢復動葉調節系統后,該調節系統已投入正常運行7個月。據此推斷,風機振動會造成電動調節門損壞。
(2)氧化風機出口電動門與機械閥體(蝶閥)直接相連,氧化風機啟動、運行時的較大振動直接傳遞給電動門,使電動門電氣板件接觸不良以致燒壞。廠家多次更換該電動門板件,雖可短時間恢復,但不能長時間正常投運。
維護方案:增壓風機動葉電動調節門已移動電動門至地面,加長連桿以連接機械閥體和電動門。由于電動門離開了振動源,而且連桿可以較大程度緩沖振動,這種改進方案可以避免調門和電動門損壞,目前運行情況良好。
氧化風機出口電動門目前只能就地手動開關, 已經報修。
3 pH計運行維護
按pH計使用說明要求,其測量頭不能長時間暴露在空氣中,否則會損壞測量頭,但可長時間置于測量液或清水中保養。
2套pH計測量頭均安裝于石膏旋流器附近的管道上,測量頭位置低于石膏旋流器、高于回流管 (石膏排除泵返回吸收塔管道) 。石膏旋流器運行時,控制旋流器壓力, 石膏排除泵出口壓力0. 43 MPa,大于泵額定壓力0. 38MPa,石膏漿液充滿測量頭管道;石膏旋流器停運,石膏漿液通過回流管返回吸收塔,由于回流管節流孔板節流孔偏大,致使泵出口壓力只能達到0. 29MPa,而pH計又在泵揚程的最高點,漿液不能充滿管道(現場拆開測量頭無漿液冒出) ,從而導致pH計測量頭損壞較多。
改進方案有2種:減小回流管節流孔板節流孔, 調整泵出口壓力達額定值0. 38MPa;改動測量頭至低于回流管位置。2種方法均可使漿液充滿管道, 避免pH計測量頭長時間暴露在空氣中。
目前采用的維護方案:改動測量頭至低于回流管位置,使漿液充滿管道,避免pH計測量頭長時間暴露在空氣中。
4 吸收塔、石灰石漿液罐液位顯示不準
吸收塔、石灰石漿液罐(以下簡稱容器)液位與以水為介質的液位測量最大的不同在于必須引入變化的密度值修正漿液液位。該套脫硫系統是通過差壓變送器取不同液位差壓計算變化的密度,這種方式計算的密度是取不同液面壓力,通過DCS計算出的平均密度。
脫硫系統投運以來,這2個密度值長期與化學取樣值不符,為此采用多種方法查找密度值不準的原因。
(1)檢查調校差壓變送器量程零位及線性均正常。
(2)沖洗差壓變送器取樣管路,保證沒有堵塞現象。
(3)修改DCS組態中可調參數,使顯示值接近化學取樣實測值。
通過以上步驟全面檢查和調校的密度值(顯示值)仍不能反映實際密度。由于吸收塔漿液密度用于計算吸收塔液位,因吸收塔液位異常,多次導致除霧器無法沖洗,甚至增壓風機聯鎖跳閘的不安全情況。
迫于無奈的維護方案:在DCS組態中固定計算吸收塔液位的密度值,把反映密度的液面壓差增加在畫面上,顯示密度趨勢;同樣,在DCS組態中固定計算石灰石漿液罐液位的密度值,畫面上增加液面壓差,顯示密度趨勢。
目前已確定質量流量密度計測量密度的改造方案,質量流量密度計的取樣管一般就近取自石膏排除泵(或石灰石供漿泵)的出口管段上。
5 結束語
火電廠200MW機組石灰石- 石膏濕法煙氣脫硫裝置中,提高典型儀控設備投運率和完好率,對保證脫硫系統正常運行,提高裝置投運率和脫硫率至關重要。
脫硫裝置儀控設備技術手段和工作原理與火電廠主機熱控設備相同,兩者最大的不同在于監控的對象差異較大;用于漿液系統的電動門必須考慮機械蝶閥安裝方式;脫硫系統酸堿性介質決定了監控設備一次元件應做防腐處理等。
總之,對于電廠脫硫儀控檢修人員來說,熱工儀表和控制專業的知識和技能是基礎,只有深入生產現場了解脫硫系統對象的獨有特性,才能快速有效地解決脫硫系統儀控設備存在的問題。
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