火电厂烟气脱硫装置典型仪控设备运行维护分析
摘要:介绍了烟气在线分析仪、电动门和pH计等脱硫系统典型仪控设备的故障处理、技术改造和安装方式,分析了具体的运行维护方案,并针对其不足给出了改进方案。
关键词:脱硫典型仪控设备,运行维护方案,技术改造
引言
华电四川发电有限公司内江发电厂白马电厂 (以下简称白马电厂) 2 ×200MW (# 22机组、代管# 23 机组)和1 ×220MW (# 21机组)机组锅炉为超高压、中间再热参数、自然循环汽包炉,设计燃料为宜宾地区无烟煤,硫的质量分数高限为4. 2%。每台锅炉配备双室四电场静电除尘器, 除尘效率大于 99. 5%。新安装2套石灰石- 石膏湿法烟气脱硫装置: 1 ×200MW 机组新安装“一炉一塔”脱硫装置, 由于二氧化硫质量浓度太高,吸收塔设计为5层喷淋层结构;另2台锅炉(1 ×220MW和1 ×200MW) 采用“两炉一塔”脱硫装置处理烟气,吸收塔设计同样为5层喷淋层结构。
该系统主要技术设计参数(标态, 干基,α = 1. 4) :最大烟气处理量, 2 ×815 000m3 /h;进口二氧化硫质量浓度, 9 100mg/m3 ;进口烟尘质量浓度, ≤ 200mg/m3 ;出口二氧化硫质量浓度, < 455mg/m3 ; 出口烟尘质量浓度, ≤50 mg/m3 ; 脱硫效率, 95%。脱硫剂为石灰石颗粒,脱硫钙、硫比为1. 03。设计工况下,石灰石耗量25. 7 t/h, 12. 85万t/年。副产品石膏产量35 t/h, 17. 5 万t/年,年脱除二氧化硫 7万t。
2006年10月31日脱硫装置完成168 h试运以来,仪控设备相继发生了不少问题,本文就脱硫装置典型仪控设备出现问题的原因及处理办法进行分析。
1 烟气在线分析仪运行维护分析
1. 1 原烟气分析仪量程不能满足现场要求
白马电厂地处西南高硫煤(硫的质量分数为 3 % ～5% )区域,按脱硫装置设计要求燃用煤中硫的质量分数应不大于4. 2% (原烟气SO2 质量浓度为10 900mg/m3 ) ,净烟气排放质量浓度应低于1 200 mg/m3。火电厂实际原烟气中SO2 的质量浓度通常为5 000～15 000mg/m3 ,而原烟气分析仪SO2 质量浓度量程为0～9 999mg/m3 ,远远不能满足现场SO2 质量浓度的检测要求。
(1)使用原烟气分析仪, SO2 质量浓度可以测量并显示至10 000mg/m3 以上,但分析仪量程调整只有4位数,最高只能显示9 999mg/m3 ,因此,输出电流4～20mA只能对应0～9 999mg/m3 ,无法调整原烟气分析仪使量程为5位数。
(2)简单扩展分析仪量程(超过上限20mA) 。由于扩大原烟气分析仪量程的方案短时间内不能实现,故尝试通过采集原烟气分析仪超过量程上限电流值扩展分析仪量程。对原烟气分析仪试验结果为:原烟气SO2 质量浓度超过13 000mg/m3 时,分析仪电流输出值最大为25. 2mA;原烟气SO2 质量浓度为9 999～13 000mg/m3 时,可以对应20～25mA, 基本满足线性要求。通过试验证实:烟气在线分析仪(CEMS)的3条输出系统中,只有DCS卡件可以识别超上限电流20～25mA,上位机PLC输入卡件和环保实时数据系统输入卡件均不能识别超上限电流。最终放弃了该方案。
(3)目前可采用2种方式解决:通过代理商寻找可以进行量程扩展业务的维修厂家扩大现有原烟气分析仪量程;购买0～20 000mg/m3 量程的分析仪。维护方案:目前已购买并安装0～20 000mg/m3 的原烟气分析仪,并书面联系四川省环保局信息中心、四川省调度局和华电集团公司生产实时系统管理部门修改量程数据。
1. 2 分析仪样气取样口加热器温控开关损坏
现场经常发生分析仪样气取样口堵塞的情况, 经仔细检查发现,由于样气取样口加热器温控开关损坏,样气取样口不能加热,常温下取样口结露堵塞。温度控制开关损坏的原因是温度控制开关直接与热负载相连,因温度控制开关控制触点容量低而烧坏。经实际验证,取消温度控制开关,电源与加热器直接接通,因取样口保温差散热量大,温度保持较好,基本解决问题。
维护方案:在温度控制开关与加热负载之间加装隔离继电器,继电器输出接点容量选取高于热负载参数,以保证温度控制开关长期正常运行。
1. 3 CEMS系统雷击故障
脱硫CEMS系统分别于2008年8月1日、2007 年7月10日发生2次系统组件大面积损坏故障,经查证, CEMS上位机历史数据中断时间与现场烟囱附近发生雷击时间接近,因此判断CEMS系统组件损坏的主要原因是雷击。损坏的设备有PLC输入/ 输出卡件、上位机232通讯口和外围大部分变送器 (单路扩2路卡件、压力变送器、差压变送器、湿度变送器和粉尘仪等) 。
经现场调查和分析,认为完善CEMS接地系统、加装防雷栅和防雨棚是避免雷击的有效方案。
(1)完善CEMS接地系统。
1)新施放电气接地网到CEMS小间接地电缆 (95m2 )作为整个系统接地引出线。
2)就地变送器电源接地通过电缆备用芯接入 CEMS小间系统接地。
3)就地变送器接入CEMS小间的电缆屏蔽层接入系统接地。采用单端悬浮接地的方式,将电缆屏蔽层在CEMS小间侧接地。
4)把所有PLC卡件接地端接入CEMS小间系统接地。
(2) CEMS系统加装防雷栅。
1) CEMS 系统总电源加装电源防雷栅。在 CEMS系统总电源加装电源防雷栅后,雷击时强电窜入电源系统,电源防雷栅会自动切断电源装置,防止电源损坏。
2)有接入PLC输入卡件或转换卡件的测点接入前,加装测点防雷栅,雷击时强电窜入信号线,测点防雷栅自动烧损,同时避免PLC输入卡件或转换卡件损坏。
(3)分析仪就地取样平台加装防雨棚,确保取样设备干燥,可最大程度地降低EMS系统遭雷击的几率。
2 脱硫系统电动门运行维护
2. 1 浆液管线电动门蝶阀的安装方式
管道中浆液(石膏浆液和石灰石浆液)在长时间(2 h以上)静置后会沉积变硬是由石灰石湿法脱硫工艺决定的。因此,浆液管线电动门蝶阀安装方式为:转轴轴线应水平,阀板下半周应沿浆液流动方向开启。
安装原理:以关闭阀板为界,靠近容器(容器指浆液箱、罐等)侧浆液会沉积,而远离容器侧在冲洗干净后只有清水。这样,即使浆液侧沉积后,开启阀门时阀板受力也较小;反之,阀板受力很大,造成电动门过力矩开关动作,无法操作电动门。
由于施工单位缺乏脱硫施工经验,石膏排出泵和磨煤机再循环泵的入口电动门蝶阀转轴轴线垂直安装,造成电动门过力矩动作,无法开启电动门。维护方案:电动门管线停运时,将电动门蝶阀旋转,使转轴轴线水平,阀板下半周应沿浆液流动方向开启,可解决电动门过力矩动作、无法开启电动门的故障。
2. 2 电动门无就地机械位置指示
由于设备选型的原因,造成石膏排除泵管线、磨制区再循环泵管线及石灰石供浆泵管线电动门没有就地机械位置指示,造成以下情况:
(1)电动门前后管道安装完毕后无法重新调整电气开度,每次调整电气开度必须拆开电动门前后管道,凭空增加机务拆装工作量;
(2)电动门发生电气故障时,由于就地无机械指示,手动操作电动门无法判断开度,经常开过头或关过头。
经与总承包商、电动门厂家协商,确定维护方案为:延长传动轴,加工用于连接阀体和电动门的镂空连接法兰,露出传动轴以显示阀体机械开度。
2. 3 因风机振动造成电动调节门和电动门损坏
(1)增压风机动叶电动调节门为风机厂配套的奥玛(AUMA)电动调节门,直接安装于动叶调节门附近的风机本体上,通过连杆与调节门连接。增压风机动叶投入自动调节4个月后,动叶电动调节门电机烧坏。用国产电动调节门安装于地面,采取加长连杆的办法恢复动叶调节系统后,该调节系统已投入正常运行7个月。据此推断,风机振动会造成电动调节门损坏。
(2)氧化风机出口电动门与机械阀体(蝶阀)直接相连,氧化风机启动、运行时的较大振动直接传递给电动门,使电动门电气板件接触不良以致烧坏。厂家多次更换该电动门板件,虽可短时间恢复,但不能长时间正常投运。
维护方案:增压风机动叶电动调节门已移动电动门至地面,加长连杆以连接机械阀体和电动门。由于电动门离开了振动源,而且连杆可以较大程度缓冲振动,这种改进方案可以避免调门和电动门损坏,目前运行情况良好。
氧化风机出口电动门目前只能就地手动开关, 已经报修。
3 pH计运行维护
按pH计使用说明要求,其测量头不能长时间暴露在空气中,否则会损坏测量头,但可长时间置于测量液或清水中保养。
2套pH计测量头均安装于石膏旋流器附近的管道上,测量头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) 。石膏旋流器运行时,控制旋流器压力, 石膏排除泵出口压力0. 43 MPa,大于泵额定压力0. 38MPa,石膏浆液充满测量头管道;石膏旋流器停运,石膏浆液通过回流管返回吸收塔,由于回流管节流孔板节流孔偏大,致使泵出口压力只能达到0. 29MPa,而pH计又在泵扬程的最高点,浆液不能充满管道(现场拆开测量头无浆液冒出) ,从而导致pH计测量头损坏较多。
改进方案有2种:减小回流管节流孔板节流孔, 调整泵出口压力达额定值0. 38MPa;改动测量头至低于回流管位置。2种方法均可使浆液充满管道, 避免pH计测量头长时间暴露在空气中。
目前采用的维护方案:改动测量头至低于回流管位置,使浆液充满管道,避免pH计测量头长时间暴露在空气中。
4 吸收塔、石灰石浆液罐液位显示不准
吸收塔、石灰石浆液罐(以下简称容器)液位与以水为介质的液位测量最大的不同在于必须引入变化的密度值修正浆液液位。该套脱硫系统是通过差压变送器取不同液位差压计算变化的密度,这种方式计算的密度是取不同液面压力,通过DCS计算出的平均密度。
脱硫系统投运以来,这2个密度值长期与化学取样值不符,为此采用多种方法查找密度值不准的原因。
(1)检查调校差压变送器量程零位及线性均正常。
(2)冲洗差压变送器取样管路,保证没有堵塞现象。
(3)修改DCS组态中可调参数,使显示值接近化学取样实测值。
通过以上步骤全面检查和调校的密度值(显示值)仍不能反映实际密度。由于吸收塔浆液密度用于计算吸收塔液位,因吸收塔液位异常,多次导致除雾器无法冲洗,甚至增压风机联锁跳闸的不安全情况。
迫于无奈的维护方案:在DCS组态中固定计算吸收塔液位的密度值,把反映密度的液面压差增加在画面上,显示密度趋势;同样,在DCS组态中固定计算石灰石浆液罐液位的密度值,画面上增加液面压差,显示密度趋势。
目前已确定质量流量密度计测量密度的改造方案,质量流量密度计的取样管一般就近取自石膏排除泵(或石灰石供浆泵)的出口管段上。
5 结束语
火电厂200MW机组石灰石- 石膏湿法烟气脱硫装置中,提高典型仪控设备投运率和完好率,对保证脱硫系统正常运行,提高装置投运率和脱硫率至关重要。
脱硫装置仪控设备技术手段和工作原理与火电厂主机热控设备相同,两者最大的不同在于监控的对象差异较大;用于浆液系统的电动门必须考虑机械蝶阀安装方式;脱硫系统酸碱性介质决定了监控设备一次元件应做防腐处理等。
总之,对于电厂脱硫仪控检修人员来说,热工仪表和控制专业的知识和技能是基础,只有深入生产现场了解脱硫系统对象的独有特性,才能快速有效地解决脱硫系统仪控设备存在的问题。
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