摘要：國家能源集團荊門發電有限公司6號、7號機組脫硝煙氣在線監測系統投入使用5年后故障頻發，設備可靠性差，嚴重影響脫硝系統運行，甚至造成環保考核事件。電廠生產技術人員在生產實際中不斷摸索，深入分析故障原因，總結經驗，不斷改善措施，結合完善的維護制度，最終提高脫硝CEMS運行可靠性。
關鍵詞：脫硝;CEMS;故障;可靠性
1 引言
國家能源集團荊門發電有限公司(荊門公司)6號、7號機組(640MW)采用的是SCR選擇性催化還原反應脫除氮氧化物，配套直接抽取式脫硝煙氣在線監測系統(CEMS)。由于安裝在SCR入口和出口處，處于高溫度、高粉塵、高腐蝕氣體等惡劣工況下，脫硝CEMS故障頻發，嚴重影響脫硝系統運行。
2 荊門脫硝CEMS主要故障及其原因分析
通過統計了2018年1月~6月脫硝8套CEMS故障平均次數為18次/月，故障有分析儀故障、冷凝器故障、采樣探桿堵塞、伴熱管線加熱異常、蠕動泵排水不暢、采樣探頭加熱異常、濕度儀報警、采樣泵出力不足等，其中分析儀故障、冷凝器故障、采樣探桿堵塞三種故障占每月故障的70%以上。
2.1 分析儀故障原因分析
荊門公司脫硝CEMS 8臺U23分析儀型號均為7MB2335-1PE00-3AA1，測量氣體為NO，已使用6年。分析儀故障主要表現在以下3個方面：
2.1.1分析儀測量漂移
分析儀設定每6小時自動校驗零點，每月進行一次人工校驗零點及量程。正常情況下每月無需人工校驗，零點漂移和測量誤差均在允許范圍內。出現分析儀測量漂移一般出現在CEMS小間空氣污染的情況。
CEMS系統設計零點校驗時，采集的是CEMS小間內的空氣(脫硝CEMS校驗零氣為空氣)，小間為密閉空間。當采樣管線有泄漏時，造成小間氣體污染，自動校驗零點時，修正系數越來越大，最終導致分析儀測量值漂移。
2.1.2分析儀硬件故障
脫硝CEMS的8臺U23分析儀投用使用6年，均出現過硬件故障，有分析儀氣室污染，少數為按鍵失靈、屏幕花屏、壓力傳感器失靈、凝液罐堵塞。其中大部分故障為分析儀氣室污染。造成分析儀氣室污染的主要為采樣氣體預處理不徹底，進入分析的樣氣含雜質較多，污染氣室，最終導致分析儀出現測量故障。
2.1.3分析儀測量精度低
脫硝CEMS 8臺分析儀出廠量程為0~600mg/m3 。超低排放改造后，脫硝出口NOx要求控制在0~50mg/m3以內(既NO控制在0~33mg/m3以內)。當NO含量在0~20mg/m3波動時，分析儀測量出現跳變現象。脫硝出口的分析儀表精度不能滿足超低排放后測量要求。
2.2 冷凝系統故障原因分析
冷凝系統是CEMS重要預處理設備，樣氣通過冷凝器回路將溫度降低至3℃左右，使其低于煙氣露點溫度形成液態水從而除去大部分水分。冷凝系統的穩定性直接影響CEMS系統正常運行。冷凝系統包含冷凝器、蠕動泵、冷凝管、精過濾器、濕度報警器等，其主要故障主要表現在以下3個方面：
2.2.1冷凝器制冷異常
冷凝器不間斷運行，設定控制溫度在3℃，異常時制冷可到-10℃，或不制冷到10℃，報系統故障，CEMS停止采樣。檢查發現出現異常的6臺中冷凝器有5臺屬于壓縮機卸載閥開合卡澀，一臺為冷凝器溫控器異常。卸載閥使用壽命低是冷凝器故障的主要原因。
2.2.2冷凝管冷凝效果較差
與冷凝器配套使用的是單極玻璃材質冷凝管，在煙氣濕度較大時，不能有效去除樣氣中的水分。冷凝管的樣氣與冷腔有效接觸面積低，是冷凝管冷凝效果差的主要原因。
2.2.3冷凝管泄漏
通常使用3~6個月的冷凝管入口處出現明顯的腐蝕痕跡，逐漸使玻璃管變薄，最終出現采樣氣體泄漏。通過化驗發現樣氣中含有微量的氟化氫氣體，氟化氫遇水生成結成氫氟酸，氫氟酸對玻璃距離強腐蝕性。樣氣在進入冷凝管入口時迅速冷凝，微量的氫氟酸持續沖刷玻璃內壁，最終使冷凝管出現泄漏。
2.3采樣探頭堵塞原因分析
煙道內煙氣在采樣泵的作用下，通過采樣探頭的前置燒結濾芯和陶瓷濾芯，并通過高溫伴熱管線進入CEMS小間。采樣探頭包含探桿、前置濾芯、內置濾芯、加熱器、溫控器等部件。采樣探頭堵塞的部位有：前置濾芯、采樣探桿、前置濾芯、取樣小孔。
2.3.1采樣探桿堵塞
采樣探頭前置濾芯采用燒結濾芯，精度為2微米左右。燒結濾芯孔徑大于10微米，會有大量粉塵進入濾芯，不到3個月就出現積灰現象，導致采樣流量偏低。
冬季氣溫偏低時多次出現采樣探桿堵塞現象。采樣探頭靠近安裝法蘭部位出現綠色及粉塵的混合物結焦。分析原因為采樣法蘭短管處保溫效果較差，采樣短管處溫度較低，樣氣通過冷端時在生成硫酸氫氨的結晶吸附在探桿內部，逐步與粉塵結焦堵塞探桿，造成采樣流量偏低，系統出現故障。
2.3.3取樣小孔堵塞
采樣探頭加熱器故障時，易出現取樣小孔堵塞。分析原因為探頭溫度降低，樣氣很快在取樣小孔處生成硫酸氫氨的結晶，導致取樣小孔堵塞。
3針對主要問題實施的多項改善
3.1降低分析儀故障的改善措施
3.1.1提高分析儀測量穩定性
3.1.1.1改善CEMS小間環境溫度
分析儀屬于精密光學分析儀，對使用環境溫度、濕度有較高的要求。根據環境溫度與小間內溫度對比測試，將CEMS小間的空調由1P增大至2P。即使在夏天40℃左右環境溫度，也能使小間溫度保持在28℃以內。另外安裝遠程溫濕度儀，實現DCS遠程監控小間溫濕度情況。
3.1.1.2改善CEMS小間空氣質量
改善CEMS小間空氣質量，就是要治理采樣回路中的泄漏點。將易腐蝕的零部件更換成耐腐蝕零部件：將冷凝管的乳膠墊片更換成耐腐蝕的氟膠墊片;將與煙氣回路接觸的不銹鋼電磁閥更換為更耐腐蝕的PVC材質;將樣氣分流閥(不銹鋼材質)更換為PVC材質。蠕動泵管與四氟管連接處安裝包箍。
3.1.1.3改善零點校驗空氣采樣方式
將分析儀校驗的零氣取樣位置由CEMS小間內延伸至室外。零氣自動校驗時采集的是室外干凈空氣，小間內氣體污染不再影響分析儀自標定。為防止冬季零氣管路和廢氣排出管路結冰導致系統故障，在零氣管路和廢氣排出管路上加裝電伴熱帶。零氣改為取室外空氣后，分析儀零點漂移問題取得顯著效果，一個月內自動標定時零點漂移在儀表允許范圍內。
3.1.2增加外置過濾濾芯
在樣氣進入分析儀前的管路上加裝一個霧吸收器(精過濾裝置)，有效去除煙氣中的微量水分和雜質，延緩分析儀氣室污染。并及時更換分析儀內置濾芯。達到雙重過濾延長分析儀使用壽命。每半年清洗一次分析儀的凝液罐，每半年更換一次采樣探頭燒結濾芯和內置過濾濾芯，提高進入分析儀樣氣純度。
3.1.3 提高分析儀測量精度
目前分析儀精度不能滿足超低排放后測量要求，重新采購4臺低量程高精度分析儀需要花費約30萬元，成本較高。經調研得知，高量程分析儀在一定程度上可經過處理可滿足超低排放改造測量要求。
3.2少采樣探頭堵塞的改善措施
3.21防止采樣探桿堵塞的措施
在脫硝硝CEMS探頭的法蘭短管加高溫伴熱帶。伴熱帶可利用廢棄采樣管線中的高溫加熱帶，將高溫加熱帶纏繞法蘭短管處，并用利用探頭加熱溫控器，可溫度可加熱至100℃左右。有效改善冬季法蘭短管處低溫造成的采樣探桿堵塞問題。
3.2.2防止取樣小孔堵塞的措施
提高探頭加熱器溫度，將設定值由120℃提升至140℃，有效延緩樣氣在取樣孔處的結晶和堵塞。提高壓縮空氣反吹壓力，由0.4MPa提升至0.5MPa，并將反吹少時間由100秒調整至120秒。將采樣探頭端蓋密封方式由氟橡膠墊圈式密封改進成石墨密封，密封性能更好，更便于維護，有效減少密封不良引起的緩慢性堵塞。
電力論文投稿刊物：《電力科學與工程》雜志為國家教育部主管，國內外公開發行的科學技術類刊物。曾榮獲全國水利電力成果獎，并多次被評為電力部和河北省優秀期刊。以報道電力工業科學技術的研究、開發與應用為主。主要刊登發電、供電及電力系統和相關的自動化工程、機械工程、環境工程、計算機及其應用，現代通信等方面的科技發展動態和最新成果。
7.結語
本文通過對荊門公司8套脫硝CEMS主要故障原因做了分析并提出了改善措施。截止2019年7月，荊門公司脫硝CEMS運行穩定，充分說明各項改善措施的實施取得顯著成效。電廠維護人員在將精益管理活動中，利用精益工具的方法繼續提升設備可靠性，旨在進一步達到提質增效，節能降耗的目的。
【參考文獻】
HJ 76-2017，火電廠煙氣排放連續監測技術規范【s】
孟尚虎.CEMS裝置煙氣預處理裝置的改進及維護【J】.電力科學與工程，2011,(4)：58-60.
作者：張 成，童正超
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