论文 论我厂脱硫CEMS烟气在线监测系统运行及维护.doc

论我厂脱硫CEMS烟气在线监测系统运行及维护高峰摘要：CEMS烟气连续监测系统（CEMS）优选世界上成熟的先进技术主要用来连续监测烟气中烟尘、二氧化硫及氮氧化物的排放浓度及排放总量。我厂采用石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺,完全直接抽取法测量。关键字：系统组成，故障分析，系统维护前言我厂一期2220MW机组脱硫于2006年底投产，采用石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺，烟气连续监测系统也正常投运，烟气连续检测系统使用的是南京瑞唐科技公司生产的RTST-9000CEMS系统，测量采用完全直接抽取法。我厂二期2300MW机组脱硫于2007年底投产，同样采用石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺，烟气连续监测系统也正常投运，烟气连续检测系统使用的是北京雪迪龙生产的scs-900-1型CEMS系统，测量同样也采用完全直接抽取法。CEMS烟气连续监测系统（CEMS）优选世界上成熟的先进技术主要用来连续监测烟气中烟尘、二氧化硫及氮氧化物的排放浓度及排放总量。一我厂脱硫CEMS烟气在线监测系统概述1.1脱硫CEMS烟气在线监测系统主要测量参数：SO2、NOx、O2、粉尘浓度、流量、温度、压力等；其中SO2、NOx、O2通过红外线气体分析仪检测，粉尘浓度、流量、温度、压力等参数通过安装在现场平台的仪表检测。这些参数经过信号处理传输至PLC.DAS(计算机数据处理系统)与PLC进行通讯（RS485）采集到环保要求的数据。通过PAS.DAS软件对数据进行处理，以实现环保数据的存储、打印、统计、传输的功能。脱硫CEMS烟气在线监测系统电源条件：AC 220V10% 50Hz+5%，采样气体条件：压力098Kp，温度：0500，流速：030m/s。1.2 CEMS方框图1-1：CEMS红外线气体分析仪样气采集及处理现场仪表及计算机显示采样箱及采样管温控器及制冷器温度压力流量湿度粉尘仪表RS485/232转换器西门子U23分析仪抽气泵及排水泵电磁阀及吹扫系统EM231232AI/AO模块计算机及DAS组态软件图1-1 CEMS系统结构示意框图a二系统组成及原理以下对我厂CEMS烟气连续监测系统的结构与工作原理做出详细说明。2.1系统原理图2-1 CEMS系统结构示意框图bCEMS烟气连续监测系统（CEMS）主要用来连续监测烟气中烟尘和二氧化硫及氮氧化物的排放浓度及排放总量。系统主要包括：烟气颗粒物监测子系统（烟尘CEMS）、气态污染物监测子系统（烟气CEMS）和排气参数监测子系统等三部分，如图2-1所示。2.2系统结构 CEMS系统采取了模块化的结构，可分解组合，以适应不同的环境需要。除了在污染源浓度和总量连续监测方面应用以外，还可以作为脱硫效率监测和控制的在线仪器。系统的主要功能单元大致可分为两部分即室内和室外部分。室内部分主要有主机柜（包括样气处理、分析仪和数据采集处理等）、供电电源和净化压缩空气源，主要完成系统供电，样气处理、分析，系统标定，数据采集处理以及采样气路的净化等功能。室外部分主要有采样监测点电器箱、红外测尘仪、流速监测仪、烟气采样探头、空气过滤器以及拌热采样管线和信号控制电缆等组成，主要完成采样监测点的温度、压力、流速等物理量信号的采集，烟气颗粒物含量测量，烟气采样和预处理，以及样气和各种信号的传输等。2.3气体检测烟气的分析（SO2、NOx、O2）采样方法采用直接抽取加热法。分析仪表选用德国西门子ULTTRAMAT23多组分红外气体分析仪。测量原理：SO2、NOx红外线分析原理，O2电化学法。烟气分析主要有三种方法：直接完全抽取法、稀释抽取法、现场安装型在线测量法，我厂采用的是直接完全抽取法，直接抽取法的分析系统由保温取样探头、保温输气管路和制冷除湿预处理系统组成，数值测量比较直观准确，表计测量不准时可以随时用标气进行标定。在我厂的运行维护中发现主要有以下不足需要改进：1、测量SO2等可溶性气体时，必需采用加热采样管线，温度应该控制到100120之间；2、采样的样气流量较大，样气还需进行预处理，比如经过冷凝器，过滤器等；3、整个采样、预处理系统都必需采取防腐措施，采样管线用聚四氟乙烯，预处理用防腐的过滤器、冷凝器，连接用不锈钢接头；4、还要有管线程控反吹扫装置，不然管线、采样探头容易堵赛。2.4粉尘检测我厂一期脱硫采用的是SM-200型在线烟尘测试仪，由控制器、发射端（TX）、接收端（RX）组成。一期是SM-200型在线烟尘测试仪是在烟道两端开对穿空，必需在同一水平面上，其中心连线与烟道中轴线应相交，开孔位置必须准确，两孔垂直误差应小于20mm，水平误差小于20mm。，以保证烟尘测量光路能穿过测量断面的中心并且光线能够被返回。还必须保证测尘仪的在线强制吹扫气路，我厂用经过干燥过滤器的洁净压缩空气，长期工作可防止烟道气污染光学镜头。我厂二期脱硫采用RBV粉尘仪，其原理是激光散射原理，由光学部分，电路部分，标定器，风室吹扫等组成。二期使用的RBV粉尘仪，基于烟尘粒子的背向散射的原理，镜头要经常擦拭，污染严重时用酒精棉球对其清洗。特别是当法兰焊接在烟囱上后，如果烟囱内压力为负压-100帕，可以直接将风室及主机通过螺栓进行连接，如果烟囱内压力-100帕，则需要提供保护气源。当测点在负压的情况，可以在烟尘仪本体上气室入气口端直接连接一个空气过滤器。如果测点在正压的情况，则需要在烟尘仪本体与过滤器之间串接一个高压风机或压缩气源，需要保证气体是干净的空气，含尘量应小于200微克/立米。风机的压力应大于测点压力200Pa以上。我厂二期入口烟尘测点装在负压区在气室入气口端直接连接一个空气过滤器。出口烟尘测点装在正压，故在烟尘仪本体与过滤器之间串接一个高压风机。如果烟气中含水量太大时会影响仪器测量效果，水汽太大时，小水滴会被当着粉尘颗粒测量。2.5 流量测量采用微差压变送器和皮托管节流元件及吹扫系统等,利用皮托管差压法。皮托管有两个测压孔，一个孔对准气体流动方向，测量的是总压，另一孔与流动方向垂直，测量的是静压。差压变送器测量它们的差，即动压。流速与动压的平方根成正比。因此，其测量精度在量程上半部较高，在量程下半部较低。对于流速相对稳定且高于5m/S时测量精度尚好。在低于3m/S时精度明显降低。我厂锅炉排量大且稳定，设计流速在1015m/S，比较合适。另一个方面，流速与动压的关系和总压孔的风速系数有关。由于烟气中的粉尘很多，粉尘一旦附着在总压孔上，风速系数变化，测量误差明显加大。为了解决这个问题，皮托管系统增加了反吹管路和电磁阀，定时进行反吹。2.6 辅助参数：温度采用一体化温度变送器测量，压力采用西门子扩散硅微压变送器。2.7 数据采集处理系统2.7.1 数据采集和数据处理两部分组成数据采集系统由西门子S7200PLC和模拟量输入EM231、模拟量输出EM232模块组成。数据处理系统由计算机、打印机、485/232转换器及相关软件组成。2.8气体预处理系统2.8.1气体采样烟气经过采样探头（SP）和加热采样管线由取样泵（M1）抽取到分析柜。采样探头（SP）由连接法兰（DN65/PN6）探头取样、过滤器（碳化硅陶2m孔隙）螺旋加热装置、温控器等组成。采样管线为耐腐蚀的6四氟乙烯管，外套保温加热层，采用分段加热（10米或5米为一个加热段），伴热温度8010可调；最大长度为100米，一般50米以内为佳。气路伴热管路为避免从取样点及分析柜传输样气过程中不出现样气冷凝现象，避免SO2损失 和样气管畅通，取样管线及取样探头均采用加热方式：其温度要求控制在120140度（可在探头温控器及采样管温控器上设置）。包括制冷单元和气路伴热带的温度控制。2.8.2 真空泵为法国产KNF耐腐隔膜真空泵，流量5L/Min，出口压力1.3bar。2.8.3样气过滤样气过滤主要通过探头过滤器（2m碳化硅陶过滤芯）和过滤器组成。2.8.4样气除水样气进入分析柜后，通过制冷器来对样气进行快速冷凝，经过致冷后的样气将满足分析仪要求。蠕动泵（M12）用于冷凝水的排放。制冷器的温度一般控制在52。其中包括气体冷凝，过滤器和气流调节装置组成，使烟气中夹带的液态气溶胶体、水分等冷凝液体，在通过气液分离器的滤膜时被捕集，集成液滴沿器壁下落，由出水口排入排水器内。从而达到气液分离的目的，并使样气得到进一步的过滤净化，并调节气流到一个合适的流量送入分析仪内。2.8.5净化气源为仪器的气路提供清扫气，经过除水干燥，除油净化处理以后的洁净空气。分为3路：测尘仪的在线强制吹扫气路，长期工作可防止烟道气污染光学镜头。采样气路吹扫路，为洁净的压缩空气。采样探头吹扫气路，同样为洁净的压缩空气。洁净压缩空气压力在48公斤之间，后级配有除油、除水过滤等措施，保证反吹气洁净。双管伴热吹扫气路，保证采样探头和管路的畅通。三 故障分析与排除本节对CEMS烟气连续监测仪在我厂使用过程中可能产生的故障、原因及排除方法做出详细说明。一种现象的背后往往会有多种原因我们要根据现场情况判断分析下面介绍我在我厂烟气在线分析系统所发现的常见故障及处理方法：3.1 烟气SO2分析仪表显示数值太小或不变（1）当现场锅炉工况是否偏底或停炉时，现场锅炉工况对出口SO2有很大影响，负荷高时燃煤量大，含硫份就大，负荷低时燃煤量少，含硫份就小，在负荷量变化大时，出口SO2变化幅度相应就大。当然停炉时旁路挡板快开，入口SO2会变低，出口SO2也会相应变高。这种情况下就应该检查运行工况，进行必要的表计检查。（2）当采样气体流量偏低时，采样气体流量对SO2有很大影响，一般要求流量保持在0.8ml/min1.2ml/min之间即可，流量太低就会造成进入气体分析仪的气量过小，使测量数据偏低。一般为采样探头或管路堵赛，控制采样电磁阀堵赛，冷凝器堵赛或有冰冻现象。发生这样的情况就应该调整采样气体流量在正常范围内。（3）当管路存在泄漏现象时，首先会从O2含量表示出来，采样系统管路、各连接接头、过滤器、冷凝器、蠕动泵管等处任何密封不严都会造成O2含量数值偏高，SO2数值偏低。出现这样的现象时要检查管路密封。（4）当数据突然变化时，为防止采样管线堵赛，系统必需具有定时管路反吹扫功能，所以管线程控反吹扫装置一定要可靠，有时吹扫刚完成采样时间及数据保持时间调整不好，抽取的气体含量往往浓度偏低，数据过一会慢慢才能显示稳定。这时就要重新调整反吹时间及数据保持时间了。3.2 采样气体流量过高或过低（1）管路有漏气现象时，流量计显示会变高，仪表O2含量数值偏高，此时应检查采样管路密封，检查连接件接头等处有无漏气。（2）管路有堵塞现象时，流量计显示偏低且调整螺钉无效果，仪表SO2含量数值偏高，此时应检查采样管路密封或真空泵出力是否够；还应检查采样探头是否堵赛；另外还有过滤器、冷凝器、采样电磁阀和各接头是否堵赛；最后判断采样管路是否畅通。当清理真空泵，更换采样探头、过滤器、冷凝器、采样电磁阀和各接头之后流量还达不到1.0ml/min时就可判定采样管路不畅通，因为长期抽取烟气管路内壁会越来越窄，造成气路堵赛。我们一般用通水法疏通，把下面管线接头拆开，从采样测点处通入若碱性循环水，因为采样管线有电伴热通入水后会被加热，热水会慢慢溶解管线内壁的积垢，顺着下面管线出水，水量会逐渐变大，最后通入压缩空气吹干即可。（3）气体流量计也易堵赛，流量计出入口接头处容易堵赛，浮子小钢珠、玻璃管、上下弹簧容易被污染，这些都会影响流量。此时清洗或更换新的流量计即可。3.3 烟气在线测量数据偏差（1）烟气采样位置不当 当烟气采样位置安装不当时会对测量数据的准确性有很大的影响，要求是一、测点离烟道或管道壁距离不小于1米，二、测点应位于或靠近烟道的距心区域。三、安装位置应设置在距最近的控制装置、产生污染物和污染物浓度或排放率可能发生变化部位下游不小于两倍直径。离排气或控制装置上游不小于半倍直径，也就是说不能装在气流变化大的回流区或旋流区域，尤其是入口测点，入口SO2测量低直接影响效率相应降低。（2） 煤质影响 当燃煤煤质含硫分高时，测出SO2就相应大，我厂用义马煤时含硫分相应低，用小窑地方煤含硫量就偏高，一般用义马煤配地方煤，运行时由于配煤不均匀会出现入口SO2测量值波动比较大，此时运行人员如果调整不及时就会直接影响效率。（3）系统故障的影响 采样分析系统如果运行不稳定将直接影响脱硫效率，管线伴热要求保持一定温度持续加热，冷凝器冷凝温度要合适、排水通常，反吹保持时间控制合适，工控机运行可靠，采样管线通畅，探头反吹控制电磁阀可靠性等，都直接造成脱硫效率下降。（4）分析仪表误差的影响 分析仪表误差在线连续测量，对运行稳定性要求高，我们使用的西门子U23分析仪可以设定自动标定时间，一般设定为6小时自动标定一次，此外还要定期校验表计，用标气对各测量组分进行校验，以消除分析仪表的误差，我们三个月校验一次。（5）水分影响 样气含水量大也会对测量准确性造成影响，我厂在夏季和秋季样气含水量较大，冬春季烟气含水量较少，SO2极易溶于水，二氧化硫大约是1：40（1体积水能溶解40体积二氧化硫），而且，二氧化硫还能和水反应生成亚硫酸（SO2+H2O=H2SO3），如果入口样气含水量大，或管线伴热温度不够水汽在采样管路内凝结，或冷凝器排水不畅的话就会造成入口SO2显示偏低，也就影响了脱硫效率。所以系统除湿情况是我们每天脱硫检查的重点。（6）负荷影响现场锅炉工况对出口SO2有很大影响，如果负荷高时燃煤量大，含硫份就大，反之负荷低时燃煤量少，含硫份就小，在负荷量变化大时，出口SO2变化幅度相应就大。当然停炉时旁路挡板快开，入口SO2会变低，出口SO2也会相应变高。（7）流量影响采样气体流量对SO2有很大影响，流量太低就会造成进入气体分析仪的气量过小，使测量数据偏低，流量过大容易损坏分析仪，一般要求流量保持在0.8ml/min1.2ml/min之间即可。（8）系统严密性影响 系统是否严密是测量准确的基础，如果样气管路存在泄漏现象会从分析仪O2含量表示出来，采样系统管路、各连接接头、过滤器、冷凝器、蠕动泵管、真空泵等处任何密封不严都会造成O2含量数值偏高，SO2数值偏低。一般检查出口系统O2含量比入口一些，不能超出正常范围，正常58，如果超过8就应检查各点的密封。四 系统维护本节对CEMS系统在我厂维护方法及应注意的问题做出说明。4.1 日常烟气脱硫在线仪SO2数据异常的处理方法检查脱硫工况，在CEMS间检查在线分析仪的流量是否能保持在1.0ml/min左右，如果不能调节，试拔下初级过滤器前入口采样气管路，观察分析仪流量计是否能升高至2.0ml/min以上，若不能检查采样框架内设备，重点检查真空泵、初级过滤器、气管、各接头、冷凝器等，另外检查分析仪气体排出管是否通畅，排出若不畅也会造成流量降低。若流量能升高至2.0ml/min以上，就需检查烟道处采样装置是否堵塞，重点检查采样滤芯、接头、三通、电磁阀等处是否堵塞，若发现堵赛现象予以更换。还应检查采样管路伴热温度是否正常，防止样气在采样管路中凝结，一般把温度控制在100120。检查排水蠕动泵运转、排水是否正常，泵管的严密性，查看有无漏气现象。最后用标准样气对分析仪进行标定。4.2分析仪表标定步骤4.2.1 SO2零点校正：1）按CAL键。2）拔下真空泵入口软管，开始2min倒计时，自动校准零点。注意：观察分析仪流量计保持流量在1.0ml/min左右，仪表自动完成零点校准后自动转入测量状态。4.2.2 SO2量程标定：（1）按ENTER 键,进入系统主菜单。（2）选Calibration项，按ENTER 提示输入密码：111 进入（3）选Calibr . IR-channels项，（标定红外线通道）。（4）按ENTER进入（5）选Set span sas values项（设定标准气值）进入显示。注：Iatal cal.:ON so2.（选择ON全量程/OFF半量程）With Autocal: NO（是否自动校零）（6）选择Iatal cal.:ON so2.全量程（7）Span12: 3482/m3 进入设定标准气数值。（8）按ESC返回，（9）按选择Star cal. .mr12 m2（10）按ENTERL进入开始启动校准（若SO2气体标准是3482mg/m3）（11）在分析仪后软管内通入3482mg/m3标气，注意流量计流量控制在1.2ml/min左右。（12）(观察数据稳定后)按ENTER（13）仪器将设定值和实际测量值进行比较。如果两值之间的偏差在一定的范围内，接下来会显示标定完成（OK）如果交际值比设定值大或小20，会显示“not O.k”(无法进行标定)。（14）校准完成，退出。4.3 烟尘测量的维护4.3.1 烟尘分析仪安装的一般要求烟尘仪应位于所有颗粒物控制设备下游；光学原理颗粒物CEMS所在监测位置没有水滴和水雾；便于日常维护，便于清洁光学镜头、检查和调整光路准直、检验仪器性能和更换部件。4.3.2 烟尘测量常见问题分析 一期脱硫吸收塔入口烟尘含量为SM-200型在线烟尘测试仪，运行过程中镜头（接收侧）可能被烟气污染。气流导向窗口/镜头，然后折回，排入连接探头的输送管道和烟道上。在某些情况下，输送管道和烟道有负压，因此就有可能使用这个来吸收来自于外部周围空气的来反吹空气。但是，在大多数情况下，需要把气源连接到探头上来提供反吹空气。所以应重点检查反吹空气是否正常，镜头是否清洁。二期3机脱硫3吸收塔出口尘含量数据显示错误一般由以下几类故障引起。第一类故障，激光无输出，平常为红色激光束。使用校准器做零点及跨度校准时输出无变化，并且让激光束投射在仪器前500左右距离的一张白纸上，仪器输出与拿掉白纸比较没有变化。烟尘仪器可能已经损坏需要返回厂家修复。第二类故障，零点及跨度点不准，超量程，仪器输出信号很小，烟道无烟气但仪器输出显示有较高的烟尘浓度，但用校准器校准时零点又是准确的，此故障为仪器设置不当应现场调校。（1）使用校准器调整零点与跨度点。打开后端盖，电路板上有几个可调电位器，其中一个在上面有Z标志，为零点调整，与零点调整电位器紧靠着的电位器（上面一般有F标志）为跨度调整。（2）首先要确认是否确实超量程。要排除掉两个因素：a）是否在测量区有障碍物致使光束照射到障碍物的反射光被当作散射信号进入接受镜头 b）是否测量区与烟道（烟囱）的直径相匹配（如不匹配光束到对面烟道壁的反射光被当作有效信号）（关于测量区参照仪器的测量区章节）。排除掉以上两个因素之外，如果仪器经校准器校准是正常的，当安装到现场时输出经常超出20mA就代表超量程了。超量程的情况一般采用以下几种方法处理： a 通过跨度调整电位器可以提高33%左右量程；b 通过功率调整电位器可以提高33%左右量程； c 剪断任意一个增益电阻的一只脚可以提高3倍量程，同时剪断两个增益电阻的脚可以提高约10倍的量程； d 把传感器板的四个固定螺丝卸下后，正对传感器在仪器上有一个约十毫米的圆孔，里面已经有一个棕红色的滤光片，放入一个原厂提供的滤光片可以增大约十倍的量程；通过以上方法可以大幅度地增大量程，多种方法的综合结果是相乘。剪断增益电阻的一只脚如果在现场恢复焊接时比较麻烦，而且容易弄坏电路，建议此方法最后使用。增益电阻不采用短路块的方式是为保证在恶劣的现场条件下电路的可靠性。（3）仪器的分辨率在2mg/m3左右，满足了除了燃气排放之外的所有情形。所以一般而言如果信号无法分辨，一般都是测量区设定不合理造成。具体来说，如果烟道壁厚较大，测量区设定的较短，则测量区可能在烟道壁内，这时就可能出现仪器输出信号很小的情况，如果测量区设定不合理，采用调整测量区措施来进行修正。第三类故障，接线错误仪器不能正常工作，仪器镜片很容易积灰。故障实质是接线及安装错误。应看粉尘仪说明重新接线安装。如果负压没有装风机确认是否有时会出现正压；是否安装了空气过滤器。如果安装了风机压力是否足以克服烟道正压（一般推荐风机压力在600Pa左右，在有些情况下，烟道压力可能高于风机压力：如若测点位于增压风机的后端），如果风机压力不够需要高选压力更高的型号。如果现场使用的是仪表气或压缩机产生的压缩空气，则要考察气量是否足够，是否经常断气，如果是这样则最后不要使用压缩空气作吹扫气源。4.4日常保养与维护为使烟气在线分析系