沼氣流量計在電廠脫硝系統蒸汽耗量過大問題中的分析
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某電廠為2×600MW 燃煤汽輪發電機組╃◕◕，鍋爐採用哈爾濱鍋爐廠生產的亞臨界控制迴圈汽包爐鍋爐╃◕◕，分別於2001年12月和2002年6月投產發電▩·。脫硝系統還原劑液氨改尿素於2018年完成╃◕◕，現已投運1a 以上▩·。
脫硝系統改造完成正常投運後╃◕◕，PLC 控制系統畫面顯示輔汽蒸汽耗量瞬時值為8.286 t/h╃◕◕，冷再蒸汽耗量瞬時值為4t/h╃◕◕，除鹽水日耗量為70t╃◕◕，遠遠超過設計值▩·。設計輔汽瞬時最大耗量為3.7t/h╃◕◕，正常耗量為1.3t/h ；設計冷再蒸汽瞬時最大耗量為5t/h╃◕◕，正常耗量為3t/h╃◕◕，除鹽水最大值為30t/d▩·。對此╃◕◕，從裝置耗汽◕·↟╃╃、裝置安裝◕·↟╃╃、耗水量三方面進行計算分析▩·。
1 脫硝系統中用汽裝置耗量分析
此電廠脫硝系統採用尿素水解制氨╃◕◕，脫硝裝置的尿素消耗量全廠2臺爐總尿素消耗量約為1 116kg/h╃◕◕，配製尿素溶液時╃◕◕，將儲存於尿素儲存間的袋裝尿素人工拆包╃◕◕，拆包後的尿素經鬥提機輸送到溶解罐裡▩·。用去離子水經蒸汽加熱將幹尿素溶解成40%~50% 質量濃度的尿素溶液╃◕◕，再透過尿素溶液混合泵輸送到尿素溶液儲罐╃◕◕，加熱蒸汽的疏水回收至疏水箱▩·。
尿素溶液儲存罐裡的尿素溶液利用蒸汽加熱對其進行保溫╃◕◕，溫度維持在30~50℃▩·。溶液罐裡的尿素溶液透過溶液輸送泵持續送至水解反應器╃◕◕，進行水解產生氨氣▩·。水解產生的含氨氣流經流量調節模組分配後進入氨空氣混合器被熱的稀釋空氣稀釋後╃◕◕，產生濃度小於5% 的氨氣進入氨氣-煙氣混合系統╃◕◕，並由氨噴射系統噴入煙道▩·。
1）除鹽水系統用汽量分析
該電廠設定了1個10m 3 緩衝除鹽水箱╃◕◕，除鹽水分別從兩臺機組除鹽水母管引至尿素區╃◕◕，兩根除鹽水輸送管道均設定了蒸汽伴熱╃◕◕，此部分伴熱量約0.4t/h╃◕◕，每天使用約0.5h╃◕◕，蒸汽來自機組的輔助蒸汽▩·。
2）尿素溶解系統用氣量分析
該電廠設定1只尿素溶解罐╃◕◕，溶解罐有效容積為55m 3 ╃◕◕，在溶解罐中╃◕◕，用除鹽水和幹尿素配置製成50% 的尿素溶液▩·。當尿素溶液溫度過低時╃◕◕，蒸汽加熱系統啟動提供製備飽和尿素溶液所需熱量▩·。經計算溶解時該系統最大蒸汽耗量為2.0t/h╃◕◕，每天使用1~2h╃◕◕，蒸汽來自機組的輔助蒸汽▩·。
3）尿素溶液儲存系統用氣量分析
該電廠設定了2只尿素溶液儲罐╃◕◕，每隻有效容積為185m 3 ╃◕◕，兩隻儲罐長期儲存尿素溶液╃◕◕，保持溶液溫度在30~50℃╃◕◕，使用蒸汽進行加熱╃◕◕，控制其溫度▩·。經計算儲存系統升溫時蒸汽耗量為0.7t/h╃◕◕，蒸汽來自機組的輔助蒸汽▩·。
4）尿素水解反應器系統用汽量分析
該電廠設定2臺水解器╃◕◕，每臺水解器的容量為2臺機組BMCR 工況下全部供氨量▩·。採取一運一備執行模式╃◕◕，尿素溶液尿素水解反應器內發生化學反應╃◕◕，氣液兩相平衡體系的壓力為0.4~0.6MPa╃◕◕，溫度為130~160℃▩·。所需要的熱量完全由飽和蒸汽提供╃◕◕，飽和蒸汽不與尿素溶液混合╃◕◕，透過盤管迴流╃◕◕，冷凝水由疏水箱回收▩·。當兩臺水解反應器全部滿負荷執行時╃◕◕，此時蒸汽最大耗量為2.8t/h╃◕◕，蒸汽取自機組的再熱蒸汽冷段▩·。
5）稀釋風系統用汽量分析
該電廠的稀釋風采用蒸汽冷風的方式╃◕◕，共設定4颱風機╃◕◕，流量8 400m 3 /h▩·。經核算每臺機組的蒸汽耗量為1.0t/h╃◕◕，兩臺機組稀釋風用汽量總計2.0t/h╃◕◕，蒸汽取自機組的再熱蒸汽冷段▩·。
6）氨氣系統用汽量分析
兩臺水解器出口的氨氣管道匯合成一根母管╃◕◕，最後輸送至兩臺機組的 SCR 區╃◕◕，氨氣管道採用蒸汽伴熱╃◕◕，不同規格的管線總長為390m╃◕◕，蒸汽耗量約為1.0t/h╃◕◕，蒸汽來自機組的輔助蒸汽▩·。
2◕·↟╃╃、脫硝系統中蒸汽流量測量裝置分析
1）輔助蒸汽測量流量計
因除鹽水伴熱和溶解罐加熱不在同一時間使用╃◕◕，根據裝置用汽分析可得出 ₪│•▩☁：輔汽極端瞬時最大耗量為3.7t/h╃◕◕，正常耗量的平均值為1.3t/h▩·。輔汽的最高參數為1.0MPa╃◕◕，270℃╃◕◕，電廠選用江蘇旭輝自動化儀表有限公司生產的沼氣流量計測量輔助蒸汽流量╃◕◕，流量計的量程為5t/h╃◕◕，自帶溫壓補償╃◕◕，滿足測量要求▩·。
根據圖1渦街流量安裝要求示意圖及廠家的裝置說明書要求╃◕◕，流量計上游的直管段長度至少為20D≈1 600mm╃◕◕，下游的直管段至少在5D≈400mm╃◕◕，D=80mm 為管道直徑▩·。圖2為現場安裝圖╃◕◕，流量計上游僅為600mm ＜1 600mm╃◕◕，此流量計安裝位置有誤╃◕◕，對測量值有一定的影響╃◕◕，造成測量偏差╃◕◕，需調整流量計的安裝位置▩·。
透過圖3可以看出╃◕◕，PLC 上輔汽測量用的沼氣流量計的量程設定為30t/h╃◕◕，現場裝置量程實際為5t/h╃◕◕，兩者嚴重不符╃◕◕，因此測量值8.286t/h 為錯誤值╃◕◕，需要對程式進行修改▩·。
2）冷再蒸汽測量流量計
根據裝置用汽分析可得出 ₪│•▩☁：冷再蒸汽瞬時最大耗量為4.8t/h▩·。輔汽的最高參數為4.02MPa◕·↟╃╃、330℃╃◕◕，沼氣流量計廠家與輔助蒸汽流量計一致╃◕◕，流量計的量程為6t/h╃◕◕，自帶溫壓補償╃◕◕，滿足測量要求▩·。
根據圖1渦街流量安裝要求示意圖及廠家的裝置說明書要求╃◕◕，流量計上游的直管段長度至少為20D≈1 300mm╃◕◕，下游的直管段至少在5D≈325mm╃◕◕，D=65mm 為管道直徑▩·。圖4為冷再蒸汽流量計現場安裝圖╃◕◕，流量計上游僅為950mm＜1600mm╃◕◕，此流量計安裝位置有誤╃◕◕，對測量值有一定的影響╃◕◕，造成測量偏差╃◕◕，需調整流量計的安裝位置▩·。
透過圖3 PLC 流量計監測畫面可以看出╃◕◕，PLC 上輔汽測量用的沼氣流量計的量程設定為30t/h╃◕◕，現場裝置量程實際為6t/h╃◕◕，兩者嚴重不符╃◕◕，因此測量值4t/h 為錯誤值（單臺機組執行）╃◕◕，需要對程式進行修改▩·。
3◕·↟╃╃、耗水量分析
單臺機組脫硝系統執行期間╃◕◕，電廠提供的補水增加量約為70t/d╃◕◕，其中脫硝系統的耗水量如圖5▩·。
從圖5可以看出╃◕◕，脫硝系統所使用的冷再蒸汽和輔助蒸汽換熱後全部冷凝為疏水╃◕◕，供水解器的蒸汽和部分伴熱加熱的蒸汽回收至脫硝系統的疏水箱╃◕◕，部分伴熱蒸汽疏水直接排放至機組排水槽╃◕◕，未進行回收▩·。疏水箱的水一部分被脫硝系統利用╃◕◕，另一部分排放至機組800m 3 水箱╃◕◕，未進行回收▩·。下面結合耗水量對蒸汽耗量進行判斷 ₪│•▩☁：
1）系統溶解尿素蒸汽用量按設計值為1.3t/h╃◕◕，單臺機組每天用量約15.0t▩·。此部分水耗量最終噴入煙道中╃◕◕，最終未回收╃◕◕，不計入補水中▩·。根據現場收集到的情況╃◕◕，每次溶解時大約使用10t 左右疏水和5t 左右除鹽水▩·。
2）疏水箱中多餘的疏水排放至800m 3 水箱╃◕◕，根據現場提供資料╃◕◕，疏水箱每天排放一次╃◕◕，排放量約20t╃◕◕，最終未回收╃◕◕，不計入補水中▩·。
3）單臺換熱器疏水1.0t/h╃◕◕，單臺機組每天24t╃◕◕，排至凝汽器疏水擴容器╃◕◕，最終回收╃◕◕，計入補水中▩·。
4）其他管道伴熱疏水╃◕◕，排放至機組排水槽╃◕◕，最終未回收╃◕◕，不計入補水中╃◕◕，約0.2t/h╃◕◕，每天排放量4.8t▩·。綜上分析╃◕◕，若單臺機組執行補水量為70t/d╃◕◕，則總蒸汽耗量為70-5+24=89t/d╃◕◕，與設計值相匹配╃◕◕，因此蒸汽耗量為 ₪│•▩☁：單臺換熱器蒸汽耗量為24t/d（1t/h）╃◕◕，冷再蒸汽（水解器用）耗量為30t/d（1.3t/h）╃◕◕，輔助蒸汽耗量（伴熱）平均為35t/d（1.5t/h）▩·。
4◕·↟╃╃、結束語
透過對該電廠脫硝系統中每個裝置的用汽量進行核算╃◕◕，得出設計值╃◕◕，再對蒸汽流量測量裝置進行檢查╃◕◕，否定了裝置選型問題╃◕◕，最終發現了該系統耗量大主要問題在於流量的實際量程和 PLC 系統邏輯裡設定的量程不一致╃◕◕，其次為安裝尺寸不符合廠家要求╃◕◕，兩方面原因導致測量為錯誤值╃◕◕，最後對耗水量進行分析╃◕◕，得出了系統的真實耗量▩·。最終此電廠對此進行整改後╃◕◕，測量出實際耗量與設計值基本一致▩·。
脫硝系統改造完成正常投運後╃◕◕，PLC 控制系統畫面顯示輔汽蒸汽耗量瞬時值為8.286 t/h╃◕◕，冷再蒸汽耗量瞬時值為4t/h╃◕◕，除鹽水日耗量為70t╃◕◕，遠遠超過設計值▩·。設計輔汽瞬時最大耗量為3.7t/h╃◕◕，正常耗量為1.3t/h ；設計冷再蒸汽瞬時最大耗量為5t/h╃◕◕，正常耗量為3t/h╃◕◕，除鹽水最大值為30t/d▩·。對此╃◕◕，從裝置耗汽◕·↟╃╃、裝置安裝◕·↟╃╃、耗水量三方面進行計算分析▩·。
1 脫硝系統中用汽裝置耗量分析
此電廠脫硝系統採用尿素水解制氨╃◕◕，脫硝裝置的尿素消耗量全廠2臺爐總尿素消耗量約為1 116kg/h╃◕◕，配製尿素溶液時╃◕◕，將儲存於尿素儲存間的袋裝尿素人工拆包╃◕◕，拆包後的尿素經鬥提機輸送到溶解罐裡▩·。用去離子水經蒸汽加熱將幹尿素溶解成40%~50% 質量濃度的尿素溶液╃◕◕，再透過尿素溶液混合泵輸送到尿素溶液儲罐╃◕◕，加熱蒸汽的疏水回收至疏水箱▩·。
尿素溶液儲存罐裡的尿素溶液利用蒸汽加熱對其進行保溫╃◕◕，溫度維持在30~50℃▩·。溶液罐裡的尿素溶液透過溶液輸送泵持續送至水解反應器╃◕◕，進行水解產生氨氣▩·。水解產生的含氨氣流經流量調節模組分配後進入氨空氣混合器被熱的稀釋空氣稀釋後╃◕◕，產生濃度小於5% 的氨氣進入氨氣-煙氣混合系統╃◕◕，並由氨噴射系統噴入煙道▩·。
1）除鹽水系統用汽量分析
該電廠設定了1個10m 3 緩衝除鹽水箱╃◕◕，除鹽水分別從兩臺機組除鹽水母管引至尿素區╃◕◕，兩根除鹽水輸送管道均設定了蒸汽伴熱╃◕◕，此部分伴熱量約0.4t/h╃◕◕，每天使用約0.5h╃◕◕，蒸汽來自機組的輔助蒸汽▩·。
2）尿素溶解系統用氣量分析
該電廠設定1只尿素溶解罐╃◕◕，溶解罐有效容積為55m 3 ╃◕◕，在溶解罐中╃◕◕，用除鹽水和幹尿素配置製成50% 的尿素溶液▩·。當尿素溶液溫度過低時╃◕◕，蒸汽加熱系統啟動提供製備飽和尿素溶液所需熱量▩·。經計算溶解時該系統最大蒸汽耗量為2.0t/h╃◕◕，每天使用1~2h╃◕◕，蒸汽來自機組的輔助蒸汽▩·。
3）尿素溶液儲存系統用氣量分析
該電廠設定了2只尿素溶液儲罐╃◕◕，每隻有效容積為185m 3 ╃◕◕，兩隻儲罐長期儲存尿素溶液╃◕◕，保持溶液溫度在30~50℃╃◕◕，使用蒸汽進行加熱╃◕◕，控制其溫度▩·。經計算儲存系統升溫時蒸汽耗量為0.7t/h╃◕◕，蒸汽來自機組的輔助蒸汽▩·。
4）尿素水解反應器系統用汽量分析
該電廠設定2臺水解器╃◕◕，每臺水解器的容量為2臺機組BMCR 工況下全部供氨量▩·。採取一運一備執行模式╃◕◕，尿素溶液尿素水解反應器內發生化學反應╃◕◕，氣液兩相平衡體系的壓力為0.4~0.6MPa╃◕◕，溫度為130~160℃▩·。所需要的熱量完全由飽和蒸汽提供╃◕◕，飽和蒸汽不與尿素溶液混合╃◕◕，透過盤管迴流╃◕◕，冷凝水由疏水箱回收▩·。當兩臺水解反應器全部滿負荷執行時╃◕◕，此時蒸汽最大耗量為2.8t/h╃◕◕，蒸汽取自機組的再熱蒸汽冷段▩·。
5）稀釋風系統用汽量分析
該電廠的稀釋風采用蒸汽冷風的方式╃◕◕，共設定4颱風機╃◕◕，流量8 400m 3 /h▩·。經核算每臺機組的蒸汽耗量為1.0t/h╃◕◕，兩臺機組稀釋風用汽量總計2.0t/h╃◕◕，蒸汽取自機組的再熱蒸汽冷段▩·。
6）氨氣系統用汽量分析
兩臺水解器出口的氨氣管道匯合成一根母管╃◕◕，最後輸送至兩臺機組的 SCR 區╃◕◕，氨氣管道採用蒸汽伴熱╃◕◕，不同規格的管線總長為390m╃◕◕，蒸汽耗量約為1.0t/h╃◕◕，蒸汽來自機組的輔助蒸汽▩·。
2◕·↟╃╃、脫硝系統中蒸汽流量測量裝置分析
1）輔助蒸汽測量流量計
因除鹽水伴熱和溶解罐加熱不在同一時間使用╃◕◕，根據裝置用汽分析可得出 ₪│•▩☁：輔汽極端瞬時最大耗量為3.7t/h╃◕◕，正常耗量的平均值為1.3t/h▩·。輔汽的最高參數為1.0MPa╃◕◕，270℃╃◕◕，電廠選用江蘇旭輝自動化儀表有限公司生產的沼氣流量計測量輔助蒸汽流量╃◕◕，流量計的量程為5t/h╃◕◕，自帶溫壓補償╃◕◕，滿足測量要求▩·。
根據圖1渦街流量安裝要求示意圖及廠家的裝置說明書要求╃◕◕，流量計上游的直管段長度至少為20D≈1 600mm╃◕◕，下游的直管段至少在5D≈400mm╃◕◕，D=80mm 為管道直徑▩·。圖2為現場安裝圖╃◕◕，流量計上游僅為600mm ＜1 600mm╃◕◕，此流量計安裝位置有誤╃◕◕，對測量值有一定的影響╃◕◕，造成測量偏差╃◕◕，需調整流量計的安裝位置▩·。
透過圖3可以看出╃◕◕，PLC 上輔汽測量用的沼氣流量計的量程設定為30t/h╃◕◕，現場裝置量程實際為5t/h╃◕◕，兩者嚴重不符╃◕◕，因此測量值8.286t/h 為錯誤值╃◕◕，需要對程式進行修改▩·。
2）冷再蒸汽測量流量計
根據裝置用汽分析可得出 ₪│•▩☁：冷再蒸汽瞬時最大耗量為4.8t/h▩·。輔汽的最高參數為4.02MPa◕·↟╃╃、330℃╃◕◕，沼氣流量計廠家與輔助蒸汽流量計一致╃◕◕，流量計的量程為6t/h╃◕◕，自帶溫壓補償╃◕◕，滿足測量要求▩·。
根據圖1渦街流量安裝要求示意圖及廠家的裝置說明書要求╃◕◕，流量計上游的直管段長度至少為20D≈1 300mm╃◕◕，下游的直管段至少在5D≈325mm╃◕◕，D=65mm 為管道直徑▩·。圖4為冷再蒸汽流量計現場安裝圖╃◕◕，流量計上游僅為950mm＜1600mm╃◕◕，此流量計安裝位置有誤╃◕◕，對測量值有一定的影響╃◕◕，造成測量偏差╃◕◕，需調整流量計的安裝位置▩·。
透過圖3 PLC 流量計監測畫面可以看出╃◕◕，PLC 上輔汽測量用的沼氣流量計的量程設定為30t/h╃◕◕，現場裝置量程實際為6t/h╃◕◕，兩者嚴重不符╃◕◕，因此測量值4t/h 為錯誤值（單臺機組執行）╃◕◕，需要對程式進行修改▩·。
3◕·↟╃╃、耗水量分析
單臺機組脫硝系統執行期間╃◕◕，電廠提供的補水增加量約為70t/d╃◕◕，其中脫硝系統的耗水量如圖5▩·。
從圖5可以看出╃◕◕，脫硝系統所使用的冷再蒸汽和輔助蒸汽換熱後全部冷凝為疏水╃◕◕，供水解器的蒸汽和部分伴熱加熱的蒸汽回收至脫硝系統的疏水箱╃◕◕，部分伴熱蒸汽疏水直接排放至機組排水槽╃◕◕，未進行回收▩·。疏水箱的水一部分被脫硝系統利用╃◕◕，另一部分排放至機組800m 3 水箱╃◕◕，未進行回收▩·。下面結合耗水量對蒸汽耗量進行判斷 ₪│•▩☁：
1）系統溶解尿素蒸汽用量按設計值為1.3t/h╃◕◕，單臺機組每天用量約15.0t▩·。此部分水耗量最終噴入煙道中╃◕◕，最終未回收╃◕◕，不計入補水中▩·。根據現場收集到的情況╃◕◕，每次溶解時大約使用10t 左右疏水和5t 左右除鹽水▩·。
2）疏水箱中多餘的疏水排放至800m 3 水箱╃◕◕，根據現場提供資料╃◕◕，疏水箱每天排放一次╃◕◕，排放量約20t╃◕◕，最終未回收╃◕◕，不計入補水中▩·。
3）單臺換熱器疏水1.0t/h╃◕◕，單臺機組每天24t╃◕◕，排至凝汽器疏水擴容器╃◕◕，最終回收╃◕◕，計入補水中▩·。
4）其他管道伴熱疏水╃◕◕，排放至機組排水槽╃◕◕，最終未回收╃◕◕，不計入補水中╃◕◕，約0.2t/h╃◕◕，每天排放量4.8t▩·。綜上分析╃◕◕，若單臺機組執行補水量為70t/d╃◕◕，則總蒸汽耗量為70-5+24=89t/d╃◕◕，與設計值相匹配╃◕◕，因此蒸汽耗量為 ₪│•▩☁：單臺換熱器蒸汽耗量為24t/d（1t/h）╃◕◕，冷再蒸汽（水解器用）耗量為30t/d（1.3t/h）╃◕◕，輔助蒸汽耗量（伴熱）平均為35t/d（1.5t/h）▩·。
4◕·↟╃╃、結束語
透過對該電廠脫硝系統中每個裝置的用汽量進行核算╃◕◕，得出設計值╃◕◕，再對蒸汽流量測量裝置進行檢查╃◕◕，否定了裝置選型問題╃◕◕，最終發現了該系統耗量大主要問題在於流量的實際量程和 PLC 系統邏輯裡設定的量程不一致╃◕◕，其次為安裝尺寸不符合廠家要求╃◕◕，兩方面原因導致測量為錯誤值╃◕◕，最後對耗水量進行分析╃◕◕，得出了系統的真實耗量▩·。最終此電廠對此進行整改後╃◕◕，測量出實際耗量與設計值基本一致▩·。
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