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案例頻道 1 引言
隨著人類對環保認識的不斷加深，環保問題變得異常重要，這與人類賴以生存的環境息息相關，直接影響著人類的身體健康。淄博作為一個重工業城市，環保問題引起了各方的注意，而華電淄博熱電有限公司作為淄博市最大的發電廠之一，無疑引起了省市環保局的重點重視，我公司也充分意識到環保的重要性，積極做好煙氣連續排放監測系統的維護檢修工作。
華電淄博熱電有限公司#5、6機組330MW機組采用的是石灰石-石膏法煙氣脫硫裝置，由青島華拓科技股份有限公司進行設計和安裝。在實際運行過程中，發現脫硫系統CEMS設備運行不穩定，故障頻發。對此，熱控分場根據#1、2機組脫硫運行維護經驗，結合#5、6機組現場實際，進行了故障分析，取得了一定成果，并明確了設備維護重點。
2 煙氣連續排放監測系統介紹
我公司#5、#6鍋爐脫硫系統采用的是重慶川儀自動化股份有限公司PS6400煙氣排放連續監測系統，本煙氣排放連續監測系統主要用于濕法脫硫塔，該煙氣測量系統采用的是直接抽取法進行測量，主要由：采樣單元、預處理單元、分析單元三部分組成。
主要是對進出口煙氣中的二氧化硫、一氧化氮、含氧量、粉塵、壓力、流量、溫度、濕度（僅脫硫后）進行實時監測。脫硫系統進出口上分別安裝氣體取樣探頭、探頭反吹系統、粉塵儀、流量計、壓力變送器、溫度探頭、濕度儀等，二氧化硫分析儀及其預處理系統分別安裝在CEMS小屋內的二個控制柜中。另外數據采集處理系統通過數據線通信，分別提供脫硫前后兩個煙道的參數及報表。
主要監測參數如下：
脫硫前主要參數：二氧化硫、粉塵、氮氧化物、含氧量。
脫硫后主要參數：二氧化硫、粉塵、氮氧化物、含氧量、含濕量。
脫硫前和后重要輔助參數：煙氣流量、煙氣溫度、煙氣壓力等。
分析儀采用的是西門子公司生產的ULTRAMAT 23氣體分析儀，測量原煙及凈煙氣內SO2、NO及O2含量，其信號在上位機中顯示并輸送至DCS系統中。分析儀如圖1所示。
圖1 ULTRAMAT 23 氣體分析儀
3 煙氣連續排放監測系統工作原理
CEMS系統所監測參數根據采樣方式分為：現場連續監測和抽取式連續監測兩種方式。煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流量、粉塵濃度、煙氣含濕量采用為現場連續監測，在吸收塔原煙氣煙道和凈煙氣輸出煙道上分別安裝所測數據現場監測儀表，將測量的模擬量信號分別傳送CMES系統分析柜、PLC及DCS系統。
所測煙氣中氣態污染物分析采用抽取式連續監測，從現場抽取煙氣，經伴熱管路保溫，進入系統分析柜進行柜內一級預處理后，然后送入U23分析儀進行分析測量。
3.1 采樣單元
煙氣采樣采用的是直接抽取法，其解決的主要問題是煙氣中水汽凝結問題，由于水汽凝結會導致溶水性污染物損失，造成測量的不準確，并且易形成腐蝕物質對儀器和煙氣采樣管道造成嚴重損害。
煙氣脫硫前的采樣單元位于煙氣進入吸收塔之前的位置，主要有以下設備：煙氣取樣探頭、流量變送器、壓力變送器、煙塵儀以及PT100溫度原件。其中流量變送器、壓力變送器、煙塵儀是對所需的參數進行測量后轉換成4～20mA信號后傳輸至CEMS分析柜中。
煙氣取樣探頭在取樣后，將煙氣通過伴熱管送至預處理單元。煙氣脫硫后的采樣單元位于吸收塔出口處，主要設備除以上設備外還有氧化鋯氧量分析儀。
3.2 預處理單元
預處理單元大部分位于CEMS分析柜中，主要是將取樣煙氣氣態污染物進行顆粒過濾、樣氣保溫傳送、冷凝除水、二次顆粒物過濾等一系列處理過程。
在煙氣取樣時，煙氣首先要經過取樣探頭的過濾，取樣探頭中的過濾器首先將樣氣中大于2μm的煙塵顆粒過濾掉。同時，為保障煙氣中的煙塵大量在過濾器上富集，在探頭過濾器附近裝有反吹裝置，定期對探頭進行反吹，以延長探頭過濾器的使用壽命。
原煙氣溫度在120℃以上，且原煙氣測點與CEMS分析儀之間有一點的距離，為保障煙氣在傳輸過程中不凝結水，在煙氣傳輸時就必須采用伴熱管傳輸煙氣。
經脫硫塔凈化后的煙氣含濕量大、煙溫低，極易結露，影響氣體檢測精度。因此在，樣氣取樣探頭后還擁有二級除水裝置。冷凝器主要是將樣氣進行冷凝除水保證煙氣的干燥性，防止接觸空氣腐蝕一級預處理設備。
過濾器是用來對樣氣進行過濾的必備設備，用在樣氣分析前的處理中，能除去樣氣中所含的粉塵及雜質，延長分析單元的使用壽命。
3.3 分析單元
分析單元的主要器件為西門子ULTRAMAT 23紅外分析儀。
紅外光源發射出紅外線，由馬達帶動切光器調制紅外光源頻率為81/3Hz。這種紅外光譜法是以非分散性IR輻射的吸收為基礎的。測量相關波段紅外線的衰減幅度即可測量相應氣體的濃度。
分析儀紅外通道的操作模式如圖2所示。
1：紅外光源；2：反射器；3：切光片；4：馬達；5：樣品池；6：窗口；7：第一檢測器；8：第二檢測器；9：第三檢測器（耦合器）；10：毛細管；11：微流量傳感器；12：滑塊。
圖2 紅外通道的操作模式
分析儀器的數據準確性和長期可靠性。為達到系統可靠運行，在本單元中設置了樣氣流量低、冷凝器溫度高、反吹壓力低等多項報警裝置 ，能自動發出故障信息通知用戶及時進行維修處理。
4 CEMS系統頻發性故障及原因分析
CEMS參數的準確行直接關系到排放是否達標，運行人員能否正確進行各類設備的操作， 保證設備的穩定運行。
4.1 頻發性故障如下
（1）分析儀測量煙氣流量低
（2）測量參數與實際指示偏差大
（3）測量管路內積水
4.2 原因分析
（1）分析儀測量煙氣流量低
取樣探頭堵塞；
抽氣泵污染進水或抽氣泵故障；
三通流量計故障或進水堵塞；
冷凝器故障；
分析柜內校準電磁閥故障；
最嚴重情況：取樣管路堵塞。
（2）測量參數與實際指示偏差大
分析儀氣室故障或氧電池故障；
發生測量參數零點和量程漂移現象；
取樣一級預處理過程中漏入空氣。
（3）測量管路內積水
取樣管路電伴熱故障；
蠕動泵故障；
煙氣中含水汽量過大 。
4.3 針對以上問題分析及處理的方法
（1）分析儀測量煙氣流量低
對探頭濾芯、管路進行檢查清理，定期進行探頭吹掃，尤其是凈煙氣探頭要增加吹掃次數。
抽氣泵故障，主要是抽氣泵墊片污染，墊片污染之后，容易導致進氣口吸力變小，甚至導致樣氣逆流。抽氣泵污染的主要原因是樣氣中的粉塵和水份在抽氣泵的膜片上凝結混合，從而導致抽氣泵墊片污染。
檢查流量計是否污染，污染原因為一級預處理不能完整的將煙氣中的水分了隔離，造成水分污染流量計造成煙氣不暢通，必須解體流量計進行全面處理方能保證煙氣的暢通性。
冷凝器故障又分為以下三類：溫度數值跳動、冷凝器堵塞以及冷凝器不制冷。溫度數值跳動將導致冷凝器持續制冷，易使冷凝器管路結冰，這將使煙氣流量降低，使得數值測量不準確。這還將導致玻璃管路冷熱不均，易使玻璃管破裂。冷凝器不制冷，使得高溫樣氣進入氣室，使氣室超溫，造成氣室損壞甚至儀表損壞。冷凝器是CEMS系統中一級預處理重要的一個環節，因此對于#5、6機組重慶川儀制造的冷凝器故障頻出，必須進行改造保證整個一級與處理的穩定性，如圖3所示將原冷凝器改造為雙腔二次冷凝大功率冷凝器。
因所抽取的煙氣先經過分析柜內三通校準電磁閥再到冷凝器入口。因長時間直接接觸未冷凝含水量大的煙氣，造成三通電磁閥內橡膠密封圈膨脹過大，堵塞應暢通管路，造成煙氣堵塞。最好方法更換PVC式三通電磁閥或隨時將備品配件中密封圈進行替換，只要替換出的密封圈晾曬兩到三天，就能恢復正常可以循環使用。
所有故障現象中最嚴重的問題就是取樣管路的堵塞，但只有原煙氣能夠造成堵塞現象。所說問題嚴重性是因為無法從視覺中觀察到堵塞位置在何處。
造成堵塞的原因：電伴熱不工作或電伴熱預留延長線沒有達到正常工作要求，電伴熱在取樣管的兩端都應該預留至少1米的距離，從而保證取樣管路全路段都在加熱范圍內。當原煙氣抽取出來溫度很高，沒有電伴熱的加熱在取樣管路中冷凝成水混合煙氣中的灰塵造成堵塞取樣管路，如果不能判斷出堵塞位置在何處，只有全部更換取樣管路。
圖3 冷凝器改造前后圖片
（2）測量參數與實際指示偏差大
檢查分析儀氣室是否污染，如氣室遭到污染清水進行反復清洗，提高分析的準確度。如果氧電池無法通過空氣和標氣進行標定校準或者測量電壓低于6MV時氧電池必須進行更換.
按照國家標準要求，儀表測量數值和標氣標定數值最大不能超過測量量程的2%，如參數與實際偏差大分別進行零點和量程校驗，直至符合標準要求。流量、壓力變送器應定期進行反吹，防止造成取樣管路堵塞。煙塵濃度儀應安裝在負壓區，否則易污染探頭，壓縮空氣進行吹掃，定期進行校驗。
根據氧含量來對一級預處理管路以分段排查法進行查漏，分段進行排查漏氣點，防止漏氣造成參數不準。
（3）測量管路內積水
檢查伴熱帶工作是否正常，溫度元件、自動控制儀表儀表是否正常，控制儀表的設定值應設定135℃～140℃之間，當電伴熱溫度低于100℃時，管路內就會冷凝成水。發現問題要及時處理；檢查蠕動泵工作是否正常，蠕動泵管是否因長時間工作缺少彈性造成漏氣現象，要及時進行維護更換。
凈煙氣因為從吸收塔中直接出來煙氣凝結水量比較大，超出冷凝器最大脫水能力，對一級預處理設備造成很大維護工作量，此時就需要進行改造，在一級預處理前增加“氣水分離器”如圖4所示。減少煙氣中含水量，給冷凝器減負。
5 系統維護基本要求
5.1 取樣探頭
取樣探頭是用來加熱、過濾煙氣的，其加熱溫度一般控制在130~150℃，探頭內置有陶瓷粉末濾芯，是由來過濾煙氣中的雜質，過濾芯需要定期反吹、清洗、更換，一般使用弱堿性液體進行浸泡清洗后再用清水清潔并晾干。
圖4 增加氣水分離器
5.2 取樣復合管
在采樣管內有電伴熱，目的是為了提高煙氣溫度，使煙氣內的水分完全汽化，防止SO2溶入水中，產生測量誤差。所以要求溫度控制到135℃～140℃之間。自限溫的需要進行溫度控制，加熱溫度一般很高，溫度控制系統要保證可靠，防止造成管線燒損，日常維護過程中需要檢查兩端加熱溫度是否一致，定期需要檢查管路中間加熱情況，如果發生儀表參數跳變也可能是這一原因。
5.3 冷凝器
為防止樣氣水分進入分析儀，造成氣室污染，應定期清潔，否則時間一長，冷凝管會堵塞，還要關注冷凝器的運行情況，看溫度。冷凝器玻璃管太脆容易損壞，在拆裝時不能使用蠻力，必要時可使用木制工具拆卸，在冷凝器上還有一個用來控制溫度的溫控器，當溫度低于3℃時不進行冷凝當溫度高于7℃時啟動冷凝。
5.4 取樣抽氣泵
集樣氣的動力源，一般我們需要檢查采樣泵的接頭是否松動泵膜需要定期進行清洗，否則會造成堵塞損壞泵體。采樣泵外殼塑料制成，在拆裝時掌握好力度，防止接口斷裂，同時要定期進行清洗，保持泵出力滿足最低流量（1.5L/Min）要求。通過維護發現采樣泵使用壽命最多半年，所以定期更換是必須的。
5.5 蠕動泵
冷凝器冷卻的水通過蠕動泵排出，一般蠕動泵管容易破裂或脫落，因此我們必須堅持每天檢查，并定期更換；蠕動泵電機內有大量的油脂，而環境中的SO2等會與其進行部分反應，造成變質，需要定期拆開用汽油清洗并更換油脂。如果發現蠕動泵管內部冷凝水有回流現象，證明泵管有漏氣現象，必須進行處理，防止造成冷凝器失效儀表進水。
5.6 氣體分析儀
由于長時間使用，分析儀會發生零點漂移，所以我們要定期校準分析儀，標況下可以每半年校準一次，但因為工作環境差，我廠現每個月校準一次，CEMS房內的空氣不流通，溫差變化大，對分析儀有一定的影響，所以必須堅持每天巡視，保證空調工作正常。
5.7 煙塵儀
煙塵儀自身配備反吹系統，在定期巡檢時需要檢查反吹的工作狀態，如果長時間不工作，就會造成探頭污染甚至損壞，另外要定期清理煙塵儀鏡片，防止積灰過多造成測量誤差大。
5.8 流量溫度儀
在運行過程中，由于環境濕度大，探頭容易結垢，長時間不清理會造成測量偏低，日常定期清理是目前CEMS系統最大的工作量，也是后續需要調研解決的問題。
6 結語
為規范我公司環保設施日常管理工作，提高環保設施管理水平，進而提高環保設施的健康運行水平，結合公司實際情況，通過對日常管理工作進一步細化、檢查、監督，全面提升環保設施管理水平。
工作人員要對環保數據的邏輯性進行掌握，以便于檢查各污染物的排放數據的真實性。每天對環保設施參數及曲線進行檢查分析，每日上報生技部環保設施異常情況匯報表。每天巡檢#1~6運行機組CEMS在線監測系統運行情況，當發現CEMS系統故障造成數據異常時，及時消除故障做好記錄，并通知運行人員。
每周一打印上周#1～6機組環保數據歷史曲線，打印歷史曲線電子版報送生技部（環保專工處）。
每月對#5、6機組CMES系統原煙二氧化硫、氮氧化物表計進行一次校準零點及量程標定，保存校驗報告（一年）。
當發現第三方運營的凈煙氣CEMS系統、上傳設備等發生故障時，及時通知生技部并聯系第三方運營公司進行維修。
本文結合公司#5、6機組CEMS運行情況及檢修經驗，概述了CEMS系統的易發故障及解決方法，對以后CEMS系統控制系統維護及技術改造具有重要的指導意義。
參考文獻：
[1] 黃書華, 孫友文, 劉文清, 汪世美, 謝品華, 司福祺. 基于非分散紅外光譜吸收法的SO2檢測系統研究[J]. 紅外, 2011, (12) : 10 – 14.
[2]火電廠濕法煙氣脫硫技術手冊, 中國電力出版社[Z].
[3] 蔣思國. 石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術及其應用[D]． 成都: 西南交通大學, 2007.
[4] 西門子. ULTRAMAT 23紅外分析儀說明書[Z].
作者簡介
張澤巍（1980-），男，山東淄博人，中級技師，本科，現就職于華電淄博熱電有限公司，主要從事電廠生產管理方面的工作。
摘自《自動化博覽》11月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號