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朱  珂 （1978-）
男，工程師，2002年畢業(yè)于鄭州大學(xué)， 研究方向?yàn)殡姀S熱控系統(tǒng)。

摘要：本文針對(duì)目前電廠脫硫煙氣連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）中SO2數(shù)據(jù)周期性波動(dòng)，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)曲線分析排查，發(fā)現(xiàn)取樣探頭溫控儀故障導(dǎo)致取樣探頭加熱器無法加熱，煙氣中水分遇冷凝結(jié)在管壁，管壁中的水分平時(shí)吸收煙氣中的SO2 ，導(dǎo)致測(cè)量值偏低，待水珠匯聚變大流入下面帶加熱的取樣管中后，水中溶解SO2的集中釋放，導(dǎo)致數(shù)據(jù)在短期急劇上升，蒸發(fā)釋放完后回歸到原來的水平，形成這樣一個(gè)周期性吸收和集中釋放的過程。可見煙氣取樣管道溫度保護(hù)環(huán)節(jié)在煙氣測(cè)量中的作用非常重要。

關(guān)鍵詞：SO2數(shù)據(jù)周期性異常；溫控儀；周期性吸收和集中釋放；取樣管道溫度保護(hù)

Abstract: This paper aims at analyzing the cyclical fluctuations of the SO2 data in flue
 gas desulfurization Continuous Emission Monitoring System (CEMS) in the current power 
plant. By thoroughly investigating the historical data,, authors find that the fault of 
sampling probe temperature controller may lead to the hearing failure of sampling probe 
heater, so that water vapor in flue gas, which normally absorbs SO2, condenses in the wall,
 which results in the low measured value. When the water in the wall grows larger and larger
, and becomes the  small currents, it will go to the following tube with heating. Meanwhile,
 the SO2 dissolved in the water is released, which results in data sharp rise in the short 
term. The data will return the original level after SO2 is released, which forms a cyclical
 process of uptake and concentration. Therefore, protection of flue gas sampling tubes plays
 a very important role in temperature measurement.

Key words: Cyclical abnormal of SO2 data; Temperature Controller; cyclical process of 
uptake and concentration; temperature protect sectors of sampling tubes

1 引言

    陜西省轄區(qū)內(nèi)燃煤發(fā)電機(jī)組已于2008年1月底前安裝煙氣在線監(jiān)測(cè)裝置，并同時(shí)與陜西省環(huán)保局聯(lián)網(wǎng)，經(jīng)環(huán)保局驗(yàn)收合格執(zhí)行脫硫電價(jià)（每度電1.5分），結(jié)算規(guī)定脫硫設(shè)施投運(yùn)率在90%以上，電力公司對(duì)脫硫設(shè)施停運(yùn)時(shí)間發(fā)電量不執(zhí)行脫硫電價(jià)；脫硫設(shè)施投運(yùn)率在80%-90%，所有發(fā)電量不執(zhí)行脫硫電價(jià)，并處一倍罰款；脫硫設(shè)施投運(yùn)率低于80%，所有發(fā)電量不執(zhí)行脫硫電價(jià)并處5倍罰款；環(huán)保部門和電監(jiān)部門發(fā)現(xiàn)煙氣排放不達(dá)標(biāo)、脫硫效率達(dá)不到80%或通過旁路排放煙氣、故意修改在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的按照當(dāng)年全部電量扣除脫硫電價(jià)。作為目前衡量脫硫投運(yùn)率的關(guān)鍵參數(shù)原煙氣SO₂ 、凈煙氣SO₂ 含量準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到企業(yè)脫硫電價(jià)執(zhí)行情況，關(guān)系到企業(yè)全年經(jīng)濟(jì)效益。

    陜西國華錦界能源有限責(zé)任公司地處陜西北部，高原氣候條件表現(xiàn)為晝夜溫差大，寒冷氣候較多，對(duì)脫硫煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）運(yùn)行是一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)，從2008年9月開始，錦界#3機(jī)組原煙氣分析儀中SO₂ 數(shù)據(jù)比其它幾臺(tái)機(jī)組偏低50~150mg/m3 ，且每次間隔3天到10天就出現(xiàn)一次數(shù)據(jù)快速飆升后緩慢回落，峰值高達(dá)3500 mg/m3 ，后又回落到原來的水平，每次持續(xù)時(shí)間大約1個(gè)小時(shí)，通過對(duì)儀表的全面檢測(cè)校驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)任何異常。

2 系統(tǒng)介紹

    陜西國華錦界能源有限公司煙氣分析儀系統(tǒng)采用廈門華電環(huán)保工程公司成套組裝產(chǎn)品，分析氣體SO₂ 含量的煙氣分析儀主機(jī)進(jìn)口德國BUHLER公司BA-5000分析儀，其他附屬采樣設(shè)備均為廈門華電公司集成，設(shè)備運(yùn)行可靠性不高，煙氣取樣伴熱管路經(jīng)常發(fā)生某一段不能加熱的現(xiàn)象。由于該公司對(duì)北方市場(chǎng)很少涉及，技術(shù)人員對(duì)北方低溫環(huán)境下儀表的運(yùn)行設(shè)置缺乏經(jīng)驗(yàn)，伴熱管和煙氣取樣探頭的溫度設(shè)置均設(shè)置在80℃，一旦煙氣中的水分飽和就極容易造成水汽凝結(jié)在取樣管路的管壁上，煙氣中含有的灰塵遇水粘附在管壁，慢慢積聚，最終導(dǎo)致管路堵塞，同時(shí)含有腐蝕性氣體的濕氣極易造成取樣閥門的腐蝕漏氣。后經(jīng)技術(shù)人員維護(hù)后才發(fā)現(xiàn)此問題并糾正過來，之前出現(xiàn)的煙氣分析儀取樣管堵塞缺陷才得以解決。

    煙氣取樣管路安裝示意如圖1所示，煙氣取樣探頭安裝在煙道壁上，外壁有加熱器環(huán)繞，加熱器內(nèi)裝有溫度探頭，溫度控制由就地控制柜內(nèi)的溫控儀控制，煙氣取樣管連接取樣探頭，管外附伴熱管。樣氣通過煙氣分析室內(nèi)抽氣泵把氣樣從煙道中通過煙氣取樣探頭和煙氣取樣管抽到煙氣分析室來，處理后進(jìn)入分析儀得出SO₂ 含量。伴熱管和加熱器的作用就是防止煙氣中的水分在管壁凝結(jié)。

3 異常描述

    2008年9月以來，3#機(jī)組原煙氣SO₂ 數(shù)據(jù)偏低，同樣的機(jī)組、同樣的負(fù)荷和同樣的煤質(zhì)，其它原煙氣測(cè)量結(jié)果一般在800 mg/m3 左右，而這臺(tái)儀表測(cè)量數(shù)據(jù)只有650-750 mg/m3 之間 ，幾次用標(biāo)準(zhǔn)氣體檢測(cè)儀表沒有發(fā)現(xiàn)任何問題，校驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

                                   表1

指標(biāo) 檢測(cè)參數(shù)	檢測(cè)氣體	實(shí)際檢測(cè)結(jié)果	檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)氣體	實(shí)際檢測(cè)結(jié)果
SO2	空氣（零點(diǎn)）	0．89 mg/m3	1534 mg/m3（滿度）	1528 mg/m3
O2	空氣（滿度）	20.8%	高純氮?dú)猓泓c(diǎn)）	0.1%

    SO₂ 含量異常間隔10天一個(gè)周期，最后慢慢發(fā)展到三四天就出現(xiàn)一次數(shù)據(jù)異常峰值升高，尖峰能達(dá)到3560 mg/m3，大約1小時(shí)后慢慢又恢復(fù)到原來水平，數(shù)據(jù)異常升高期間用標(biāo)準(zhǔn)氣體通入檢測(cè)儀表也正常，更換儀表后故障還是沒有解決，而氧含量指標(biāo)一直正常。歷史曲線如圖2所示。

    核心提示：

    a) 運(yùn)行機(jī)組未出現(xiàn)任何異常，所測(cè)參數(shù)是原煙氣SO₂ ，跟脫硫系統(tǒng)運(yùn)行方式?jīng)]有關(guān)系；

    b) 機(jī)組燃用錦界煤礦的原煤，原煤直接從輸煤皮帶進(jìn)入各臺(tái)機(jī)組原煤倉，不存混煤配煤造成的含硫量差異；

    c) 2008年9月以來，氣溫逐月下降，晝夜溫差大，夜間最低氣溫達(dá)到-8℃,白天溫度從18℃降到10℃。

                                   圖2   歷史曲線圖

4 事故分析與處理

    從上面的情況來看，出現(xiàn)這種問題確實(shí)讓人難以理解，在公司幾年的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)中沒有這方面的案例，廠家技術(shù)人員反映從未發(fā)現(xiàn)過類似現(xiàn)象，無法對(duì)癥下藥，查遍所有產(chǎn)品技術(shù)資料也沒有相關(guān)的論述，問題只有通過排查法來研究分析。

思考1：煙氣分析儀出現(xiàn)故障？

    用校準(zhǔn)用的SO₂ 標(biāo)準(zhǔn)氣體檢測(cè)正常，甚至更換儀表也出現(xiàn)同樣的情況，儀表本身出現(xiàn)問題的可能性基本排除。

思考2：取樣污染？

    取樣探頭是不銹鋼材質(zhì)，取樣管是聚四氟乙烯管，都是化學(xué)穩(wěn)定性和耐溫特性方面很好的材質(zhì)。所以取樣探頭和取樣管受熱或受煙氣腐蝕釋放不明氣體的可能性微乎其微。

思考3：取樣管路有泄漏？

    如果取樣管路有泄漏，平時(shí)數(shù)據(jù)偏低可以解釋，因?yàn)槌闅獗迷跓煔馐覂?nèi)安裝，管路內(nèi)是負(fù)壓，空氣有可能微量滲入，但氧氣指標(biāo)正常無法解釋，因?yàn)樾孤┍厝粫?huì)使氧的數(shù)據(jù)增高，而且周期性的數(shù)據(jù)突升現(xiàn)象更是解釋不了，取樣管漏氣這個(gè)因素也基本排除。

思考4：事情到此，似乎沒有別的解釋了，問題到底出在哪?

    分析這臺(tái)儀表的的歷史數(shù)據(jù)曲線圖，截取一個(gè)一個(gè)周期數(shù)據(jù)來分析，平時(shí)煙氣分析儀SO₂ 測(cè)量值低于煙氣SO₂ 實(shí)際含量，而后每隔數(shù)天SO₂ 含量又出現(xiàn)一個(gè)小時(shí)的波峰，平時(shí)低的數(shù)據(jù)與周期性升高的數(shù)據(jù)相加再平均，得出的平均值大概就是700~780 mg/m3左右，接近其他三臺(tái)機(jī)組的測(cè)量平均值，此數(shù)據(jù)表明：樣氣中SO₂ 總含量沒變，那又是什么原因造成這個(gè)積累和釋放的過程呢？

    經(jīng)過分析得出的一個(gè)假設(shè)性結(jié)論：煙氣中含的水分一定在管路的某個(gè)地方凝結(jié)了，這樣溶解吸收煙氣中SO₂ 形成亞硫酸，方程式為

    SO₂+H₂O＝H₂SO₃

    此化學(xué)方程式為可逆方程式，當(dāng)凝結(jié)在管壁上的水珠慢慢增多，便匯聚成一滴流向下方有伴熱管加熱的區(qū)域開始蒸發(fā)，亞硫酸遇伴熱帶加熱發(fā)生可逆反應(yīng)，分解形成SO₂ 和水集中釋放出來，形成煙氣分析儀表SO2 數(shù)據(jù)的異常數(shù)據(jù)高峰，待蒸發(fā)完后，數(shù)據(jù)又可以恢復(fù)原數(shù)值，這樣周而復(fù)始；因?yàn)闊煔庠诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，煙氣中的水分視氣候變化和本身含量影響，當(dāng)天氣一天天變冷，晝夜溫差變大，凝結(jié)在取樣管管壁上水珠的周期也相應(yīng)縮短，管壁上水珠周期性的吸收和釋放最終造成煙氣分析儀SO₂ 數(shù)據(jù)周期性異常波動(dòng)。 

思考5：煙氣分析儀表架上溫控儀顯示的取樣管路的伴熱溫度120℃，高于100℃，伴熱正常，假設(shè)發(fā)生的化學(xué)逆變發(fā)生在哪個(gè)環(huán)節(jié)？

    溫度探頭反映的是處于加熱正常的取樣管區(qū)域溫度，加之，以前廈門華電生產(chǎn)的煙氣取樣管質(zhì)量較差，曾損壞過幾次，為了排除這個(gè)疑慮，維護(hù)人員把整個(gè)取樣管路勘察了一遍，發(fā)現(xiàn)煙氣分析室內(nèi)的一段大約1米長(zhǎng)的地方的伴熱管損壞外，其它區(qū)域都正常，但是由于室內(nèi)恒溫25℃，在這里煙氣冷卻凝結(jié)成水珠的可能性不大；進(jìn)一步重點(diǎn)勘察室外處于低溫環(huán)境下的取樣管路，發(fā)現(xiàn)煙氣取樣探頭處溫度低，打開取樣探頭內(nèi)測(cè)壁用濾紙擦拭，濾紙濕潤，控制加熱電源線電流偏低，診斷為溫控儀壞，更換溫控儀后，儀表數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。至此，問題終于得以完美解決，同時(shí)也驗(yàn)證了上面的假設(shè)是正確的。

5 結(jié)論

    從上述異常分析來看，煙氣取樣過程中取樣管的加熱溫度設(shè)置至關(guān)重要，但是大部分電廠煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)人員并沒有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，盲目認(rèn)為把煙氣抽進(jìn)煙氣分析儀就可以了，多數(shù)儀表成套廠家技術(shù)人員對(duì)這方面的認(rèn)識(shí)也不深，培訓(xùn)很少涉及到這方面的內(nèi)容，技術(shù)資料一般除了接線圖和分析儀本身的說明書外，沒有相關(guān)的資料涉及取樣管溫度方面的說明，尤其是在北方寒冷地區(qū)，外界溫度非常低，伴熱溫度保護(hù)一旦出現(xiàn)問題，不單會(huì)造成取樣管路堵塞、帶腐蝕性的濕氣腐蝕取樣中的閥門造成漏氣，而且還會(huì)會(huì)形成這樣一個(gè)周期性吸收和集中釋放SO₂ 的過程，造成SO₂ 測(cè)量數(shù)據(jù)的周期性異常，導(dǎo)致無法正確衡量機(jī)組的脫硫效率。通過這個(gè)案例再次體現(xiàn)煙氣系統(tǒng)中取樣管溫度保護(hù)的重要意義。

其他作者：曾振興（1977-），男， 2000年畢業(yè)于北京林業(yè)大學(xué)，研究方向?yàn)殡姀S分析儀表制造和應(yīng)用研究。