脫硫煙氣分析系統(tǒng)的故障分析及對策——以宜賓黃桷莊電廠脫硫煙氣分析系統(tǒng)為例

陳光云 李 雷

（華電四川發(fā)電有限公司宜賓分公司，四川宜賓 644600）

黃桷莊電廠2×200MW機組脫硫系統(tǒng)采用的是兩爐一塔石膏濕法脫硫，其煙氣分析系統(tǒng)自2006年12月正式投入運行.在脫硫投運初期一年多，脫硫系統(tǒng)運行正常，煙氣分析系統(tǒng)運行穩(wěn)定，故障較少.后來由于脫硫GGH系統(tǒng)（煙氣換熱系統(tǒng)）不能正常運行被拆除后，凈煙氣溫度由原來的70℃左右降到45℃左右，煙氣濕度明顯變大，煙氣分析儀運行環(huán)境明顯改變，經常出現故障報警、露點報警、S710紅外分析儀顯示數值不正常、分析儀零點漂移嚴重、分析儀樣氣分析室水污染等故障情況，造成黃桷莊電廠3套S710煙氣分析儀因故障無法現場維修而多次返送制造廠家進行維修處理.同時，#21、#22爐凈煙氣分析儀的連接管路和部分配件也因腐蝕嚴重而多次造成設備損壞，取樣管路泄漏或堵塞，取樣頭堵塞，嚴重影響分析數據的準確性、穩(wěn)定性和可靠性.而分析儀器頻繁出現故障，又將影響煙氣數據分析的連續(xù)性，給實時營銷系統(tǒng)、環(huán)保數據的實時傳送和脫硫系統(tǒng)的正常運行帶來較大的困難.

為提高分析系統(tǒng)運行的準確性、穩(wěn)定性和可靠性，筆者在此就黃桷莊電廠煙氣分析系統(tǒng)運行中的故障進行分析討論，以此與同行人員共同探討，互相交流，希望能對解決同類問題有所借鑒.

1 煙氣分析儀的基本結構及原理

黃桷莊電廠的CEMS分析系統(tǒng)使用的是西克麥哈克（北京）儀器有限公司生產的SMC-9021型CEMS（煙氣排放連續(xù)監(jiān)測）系統(tǒng)，它包括取樣單元、樣氣傳輸單元、樣氣預處理單元、樣氣分析單元、顆粒物分析單元、其他氣體參數測量單元、DAS系統(tǒng)(數據采集與處理系統(tǒng))等幾個設備組件及流速測定儀、壓力變送器、溫度變送器、濕度變送器和SMC-900數據系統(tǒng).

1.1 取樣單元

黃桷莊電廠煙氣取樣單元采用的是SICK公司生產的SMB-202型取樣探頭，取樣探頭主要是用來對脫硫后的煙氣進行過濾采樣，其中有一個陶瓷濾芯及三個不同規(guī)格的“O”型圈，其陶瓷濾芯容易堵塞，需要經常更換.這種取樣探頭上除了樣品氣輸出口外還有一個口，那就是反吹/校準口，反吹/校準口可以作為反吹口用（目前黃桷莊電廠煙氣取樣單元反吹用的是取樣口），它還可以做為校準口用.校準有兩種不同的校準方式，一種是儀器校準，就是只對S710分析儀器進行校準；一種是系統(tǒng)校準，就是標準氣由反吹/校準口進入，由取樣口出來，再經過傳輸管進入樣氣預處理單元，最后進入 S710主機進行校準.系統(tǒng)校準的目的是確定系統(tǒng)的采樣速率，并且由氣路確定或修正系統(tǒng)測量誤差.

1.2 樣氣傳輸單元

樣氣傳輸單元使用的是 SICK公司生產的SMB-203型復合伴熱管線，其作用是對采進來的樣氣進行加熱傳輸.傳輸管路一共有兩根，系統(tǒng)校準時一根進，另一根出，正常運行時可互為備用.

1.3 樣氣預處理單元

樣氣預處理單元是保證樣氣分析單元正常運行的最重要的部分，只要把這部分工作做好了，整個系統(tǒng)正常運行就能有效的得到保障.黃桷莊電廠使用的樣氣預處理單元是SMC-9021型系統(tǒng)柜，樣氣預處理單元主要是對取進來的樣氣進行冷卻脫水、過濾處理、氣液分離、流量調節(jié).

1.4 樣氣分析單元

樣氣分析單元（見圖1）是SICK公司生產的S710系列紅外線氣體分析儀.它的測量原理是將單波長的單紅外光源分成兩束光，其中一束透射標準（參比）氣室，另一束透射工作（樣氣）室，進行比較算出所測樣氣的成分含量，標準氣室里所充標準氣是純凈的氮氣.通過這種方法可以檢測出SO2和NOX（其工作波形圖見圖2），而氧含量主要是通過順磁法和電化學法測量的.

圖1 樣氣分析單元

圖2 工作波形圖

圖3 工作氣室與標準氣室

1.5 顆粒物分析單元

黃桷莊電廠使用的顆粒物分析單元是SICK的FW300粉塵濃度測量儀.該測量儀是發(fā)射光源穿透分析氣體并從對面的反光鏡反射回光源發(fā)射器，通過測量反射回的光束率就可檢測出分析氣體的顆粒物含量.

1.6 其他氣體參數測量單元

其他氣體參數測量單元由壓力、溫度、濕度變送器、流速測定儀組成.黃桷莊電廠目前使用的流速測定儀是熱式氣體質量流量計，其它的溫度、壓力等設備與常規(guī)儀表一樣，這里就不再敘述.

1.7 DAS系統(tǒng)(數據采集與處理系統(tǒng))

該系統(tǒng)是通過一臺上位機與固定程序對各項參數進行采集處理并生成報表，可供存檔或者打印輸出.

2 運行中常發(fā)生的故障分析及對策

由于黃桷莊電廠脫硫GGH系統(tǒng)（煙氣換熱系統(tǒng)）不能正常運行被拆除后，凈煙氣溫度由原來的70 ℃左右降到45 ℃左右，煙氣濕度明顯變大，煙氣分析儀運行環(huán)境明顯改變，造成煙氣分析系統(tǒng)長期處于大濕度煙氣環(huán)境中運行，改變了原來設計的工作環(huán)境，必然伴隨較多的故障發(fā)生.現在就黃桷莊電廠煙氣分析系統(tǒng)時常發(fā)生的故障進行分析，談談所應采取的對策.

2.1 測量值不正確：SO2、NO數值偏低或O2數值偏高

造成SO2、NO數值偏低或O2數值偏高的原因有很多，具體分析如下：首先可以判斷是有空氣從取樣管外部向內漏，其漏點位置肯定是樣氣抽氣泵進氣前的管路（負壓管路）漏氣.其可能的漏點位置有：一是蠕動泵泵管損壞，造成漏氣.采取的對策只能是直接更換泵管.二是抽氣泵前各取樣管路的接頭松動或管路腐蝕斷裂以及接頭破裂.采取的對策是直接更換破裂的管路緊固接頭，使其密封嚴密即可.三是取樣探頭濾芯密封圈損壞.采取的對策是更換密封圈.四是取樣探頭外反吹接口漏氣.采取的對策是重新密封取樣探頭外反吹接口使其嚴密不漏氣.五是反吹電磁閥或采樣電磁閥漏氣.采取的對策是緊固各連接螺釘或接頭，否則應更換相應的電磁閥.六是抽氣泵泵膜損壞漏氣.采取的對策是購買備用泵膜更換已損壞的泵膜，必要時需直接更換抽氣泵.

2.2 樣氣流量低

造成樣氣流量低的原因也很多，可以判斷是抽氣泵故障或抽氣泵前、后取樣管路堵塞或抽氣泵后管路向外漏氣造成.具體故障點位置可能是：一是抽氣泵故障或氣路正壓部分管路漏氣.檢查方法是首先將制冷器一級缸出口管接頭拆開，如果流量仍然很小，可以判斷為正壓部分漏氣或堵塞.如果抽氣負壓偏小，再將抽氣泵出口管拆下，此時現象如仍未改變，則抽氣泵發(fā)生故障.采取的對策是疏通或更換堵塞的管路，若抽氣泵故障則處理好故障或更換抽氣泵.二是冷凝器二級缸排水管中氣阻損壞或丟失造成漏氣.采取的對策當然是更換好氣阻.三是前面板手動閥門在取樣測試位置.對策就只需要轉換到旁路放空位置，同時調整好旁路放空流量即可.四是氣路堵塞，對于氣路堵塞的判斷可以根據運行收集的參數曲線圖（見圖4，圖5）相比較就可直觀的看出.產生氣路堵塞的部位可能有探頭濾芯堵塞、冷凝器缸體堵塞、恒溫閥箱處的三通堵塞、流量計針閥堵塞，流量計管壁粘連堵塞、浮子臟堵塞、冷凝報警彎頭堵塞.采取的對策是疏通堵塞位置或直接更換不能疏通的部件（如采樣探頭濾芯）.對于冷凝器堵塞的疏通辦法：可以先用熱水灌入冷凝器內以后適當加壓使進出口能有液體流通，然后在熱水中加適量的堿性洗滌劑清洗疏通冷凝器即可.五是系統(tǒng)工作時面板上的校準三通閥切換到“校準氣通”的位置，此時樣氣無法進入分析儀表，只與校準氣口相通，流量顯示幾乎為零.這時只要將校準三通閥切換到“校準氣斷”的位置即可.

圖4 氣路堵塞、正常時SO2曲線比較

圖5 氣路堵塞、正常時O2曲線比較

2.3 S710顯示數值與工控機或DCS不對應

產生這種現象的原因有以下幾種情況：一是S710模擬輸出參數量程設置與工控機或DCS設置不匹配.在出現這種情況時一般的辦法是修改模擬量輸出參數設置或修改DCS及工控機的量程，使之與 S710互相匹配.具體的修改辦法要根據整個系統(tǒng)環(huán)節(jié)來確定，如黃桷莊電廠的煙氣分析系統(tǒng)輸出參數是同時送環(huán)保部門、實時營銷系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、工控機，若S710設置量程不合理而通過修改DCS系統(tǒng)及工控機的量程單位就會造成輸出到環(huán)保部門和實時營銷系統(tǒng)的參數不正確，這時就只能修改S710的量程單位與實際相符才能使參數正確.二是S710模擬輸出通道故障.這種情況就需要進入硬件測試菜單，檢查模擬輸出是否正常，如果有偏差，可以使用模擬輸出校準菜單校準輸出電流值；如果是輸出通道損壞，則需要更換到另一通道輸出或返廠修理 S710主機通道.三是信號隔離器故障.出現這種情況時的現象是信號隔離器的輸入與輸出值不同，需要校驗或更換信號隔離器.四是信號接混，或信號的+/-方向反了.這種情況一般是發(fā)生在安裝調試階段，系統(tǒng)正常運行后是不會發(fā)生這種情況的.

2.4 S710測量數值偏差較大

產生這種現象的原因有：一是 S710分析儀長時間未進行校準，測量值漂移.這時需要對 S710分析儀進行校準.黃桷莊電廠對煙氣分析系統(tǒng)實行定期標定（每月至少1次）.二是分析儀器氣室進水污染.產生這種情況時一般都是因為預處理單元脫水效果不好造成的，針對這種情況我們進行過多次攻關及技術改進.改進方法：

1）對進氣管路進行改造（見圖6，圖7），改造之前氣路是從上往下進入 S710主機，改造后氣路是從下往上進入 S710主機，這樣就可以防止氣路中凝結的小水珠因重力作用直接進入 S710樣氣分析室（改造部分見圖中藍色線路）.

圖6 煙氣分析系統(tǒng)氣路圖改造前

圖7 煙氣分析系統(tǒng)氣路圖改造后

2）在樣氣進入S710主機之前再加一道阻水膜.

3）調節(jié)冷凝器的溫度到合理參數.冷凝器溫度調得過低就會造成冷凝器中脫出來的水結晶而堵塞冷凝器，若溫度調得過高又達不到脫水的效果，這就需要我們在工作中尋找合適的溫度范圍.

這樣改進后分析儀器氣室進水污染的確有所下降，但效果不是十分理想.針對分析儀進水污染問題，提兩點建議：

1）再加裝一級冷凝脫水，提高脫水的效率.

2）更換新型的冷凝器，同樣提高脫水效率.

總而言之，樣氣脫水問題解決了，分析儀進水污染問題也就從根本上得到了解決.三是分析儀主機部件損壞也會造成數值偏差較大，只要判斷出主機部件損壞，唯一能做的就是將主機返回生產廠家進行維修處理.

3 系統(tǒng)存在的不足及改進方法

黃桷莊電廠使用的煙氣預處理單元存在脫水效果較差，經常造成分析儀主機進水污染分析室的情況.SICK公司生產的S710主機，對于用戶維護十分困難.S710工作氣室被污染后，一般情況下都要返回生產廠家才能處理維修.而黃桷莊電廠在拆除脫硫GGH系統(tǒng)后，煙氣濕度明顯增大，而煙氣分析系統(tǒng)的脫水效率沒有同步增加，工作氣室進水污染就更加頻繁.下面談談針對目前所使用的樣氣預處理單元進行改造的辦法.

1）一是在樣氣氣動取樣閥后加裝水氣分離器或者普通的空氣過濾器，其目的是除塵及部分脫水；二是在抽氣泵正壓側脫水后加裝水氣分離器，其目的是增加一級脫水和除塵，使目前的三級脫水增加為四級脫水；三是更換冷凝器.目前使用的冷凝器與新型冷凝器比較有以下幾點不足：

首先，我們使用的冷凝器排水管在冷凝器底部，加之冷凝器屬于坐式安裝，在安裝和搬運的過程中容易出現將排水管壓扁或損壞等現象，而新式冷凝器的排水管在正面下部，采用的是懸掛式，避免了這一問題.

其次，我們使用的冷凝器溫度控制不穩(wěn)定，制冷溫度經常超過 5℃（技術要求的露點溫度應控制在2-5℃），新式冷凝器基本恒定在3℃.另外，為了提高壓縮機的效果，控制壓縮機的溫度在2-5℃，S710主機內水含量在8 000PPM以下，可以減小抽氣泵旁路的流量，減小壓縮機的負荷，但這樣做的不足之處就是由于流速的減小，容易造成探頭的堵塞，這就需要我們探索出合適平衡點.

2）黃桷莊電廠脫硫系統(tǒng)使用的流速儀是從美國進口的庫茲流速儀，其最大的缺點就是耐腐蝕能力差.黃桷莊電廠使用的兩臺凈煙氣流速儀都已腐蝕斷裂，不能使用.目前我們正在進行探索性改造，擬改造為畢托管流速儀.畢托管流速儀的優(yōu)點是耐腐蝕能力強，價格便宜，安裝使用方便，原理簡單易懂.在此，希望同行有更好的經驗方法互相交流.

3）該套系統(tǒng)維護材料設備較多，且費用昂貴.黃桷莊電廠為節(jié)約維護費用，在國內尋找類似SICK公司提供的維護材料，但效果不是十分理想.例如樣氣管路耐腐蝕問題比較突出，目前還沒有很好的替代品.

4 結束語

該篇論文是在編寫的培訓資料的基礎上整理而成，其內容的實用性在后來的工作中得到了充分驗證.以此希望對黃桷莊電廠脫硫煙氣分析系統(tǒng)的檢修維護工作具有指導作用，對同類電廠的脫硫煙氣分析系統(tǒng)的檢修維護工作具有借鑒意義.

[1]杜長東，李見為，任海軍.基于GIS的電廠管網管理系統(tǒng)[J].重慶工學院學報（自然科學版），2003（3）.

[2]王娟，吉晏平.FACTS裝置在電力系統(tǒng)中的應用[J].重慶工學院學報（自然科學版），2007（10）.