淺析CEMS-2000S監(jiān)測系統(tǒng)在脫硫生產(chǎn)中的應用

何 勇

(攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠,四川攀枝花 617000)

淺析CEMS-2000S監(jiān)測系統(tǒng)在脫硫生產(chǎn)中的應用

何 勇

(攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠,四川攀枝花 617000)

CEMS煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)選世界上成熟的先進技術(shù),主要用來連續(xù)監(jiān)測煙氣中煙塵、二氧化硫及氮氧化物的排放濃度及排放總量。攀鋼采用離子液循環(huán)法脫硫,完全直接抽取法測量。關(guān)鍵詞：系統(tǒng)組成;故障分析;系統(tǒng)維護

1 引言

攀鋼6#燒結(jié)機組脫硫于2008年12月建成投運,采用離子液循環(huán)法脫硫工藝,煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)使用的是聚光科技(杭州)公司生產(chǎn)的CEMS-2000(以下簡稱CEMS)系統(tǒng)。CEMS煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)選世界上成熟的先進技術(shù),測量采用完全直接抽取法,主要用來連續(xù)監(jiān)測煙氣中煙塵、二氧化硫及氮氧化物的排放濃度及排放總量。

2 脫硫CEMS煙氣在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)原理概述

2.1 脫硫CEMS煙氣在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)主要測量參數(shù)

SO2、NOX、O2、粉塵、溫度、壓力、流量;其中SO2、NOX、O2通過紫外氣體分析儀監(jiān)測;粉塵濃度、溫度、壓力、流量等參數(shù)通過安裝在煙囪平臺上的儀表監(jiān)測。SO2、NOX、O2等紫外氣體分析儀檢測的參數(shù)直接由OMA2000氣體分析儀表通過232串口傳輸?shù)紺EMS(計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng))?，F(xiàn)場平臺上的測量參數(shù)通過數(shù)據(jù)采集模塊轉(zhuǎn)換成485信號,然后通過485接口傳輸?shù)紺EMS(計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng));通過CEMS軟件對數(shù)據(jù)進行處理,以實現(xiàn)環(huán)保數(shù)據(jù)的存儲、打印、統(tǒng)計、傳輸?shù)墓δ堋?/p>

脫硫CEMS煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)電源條件:AC220 V±10%,50 Hz±5%,采樣氣體條件:壓力-2 kp～90 kp;溫度:0～500℃;流速:0～30 m/s;壓縮空氣源:≮0.4 MPa。

2.2 CEMS方框圖(見圖1)

圖1 CEMS系統(tǒng)方框圖

3 系統(tǒng)組成及原理

以下對CEMS煙氣在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理作出詳細說明。

3.1 系統(tǒng)原理

CEMS煙氣在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)主要用來連續(xù)監(jiān)測煙氣中煙塵和二氧化硫及氮氧化物的排放濃度及排放總量。系統(tǒng)主要包括:煙氣顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)(煙塵CEMS)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)(煙氣CEMS)、煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)三部分。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CEMS系統(tǒng)采取了模塊化的結(jié)構(gòu),可以分解組合,以適應不同的環(huán)境需要(見圖2),除了在污染源濃度和總量連續(xù)監(jiān)測方面應用以外,還可以作為脫硫效率監(jiān)測和控制的在線儀器。系統(tǒng)的主要功能單元大致可分為兩大部分即室內(nèi)和室外部分。室內(nèi)部分主要有主機柜(包括樣氣處理、分析儀和數(shù)據(jù)采集處理)、供電電源、凈化壓縮空氣源,主要完成系統(tǒng)供電,樣氣處理、分析,系統(tǒng)標定,數(shù)據(jù)采集傳輸及采樣氣路的凈化等功能。室外部分主要有加熱采樣探頭及濾芯、紅外測塵儀、流速測量儀、配電箱、空氣過濾裝置、伴熱采樣管線和信號電纜等組成,主要完成采樣監(jiān)測點的溫度、壓力、流速信號的采集,煙塵濃度的測量,煙氣采樣及預處理,以及樣氣和各種信號的傳輸?shù)取?/p>

3.3 氣體檢測

煙氣的分析(SO2、NOX、O2)采樣方法采用直接抽取加熱法,為防止煙氣遇冷空氣結(jié)露,腐蝕管路及儀表,并造成SO2溶于水中導致測量誤差,CEMS系統(tǒng)采用全程伴熱進行測量,不需要冷凝脫水。分析儀表是聚光科技自主研發(fā)的OMA2000多組份紫外吸收光譜法分析儀,測量原理:SO2、NOX采用紫外吸收光譜法,O2采用氧化鋯測量法。

直接抽取法的分析系統(tǒng)由保溫取樣探頭,保溫輸氣管路和加熱除濕系統(tǒng)組成,測量數(shù)值比較直觀準確,表計測量不準時可以隨時用標氣進行標定。

3.4 粉塵檢測

6#燒結(jié)機脫硫出口采用的是聚光科技公司的LDM-100型在線煙塵測量儀,由控制器、發(fā)射端(TX)、接收端(RX)組成。

LDM-100型在線煙塵測量儀是采用的對穿法,在煙塵監(jiān)測點的兩端開對穿孔,兩個孔必須在同一水平面上,其中心連線與煙道的中軸線應相交,開孔位置必須準確,兩空垂直誤差應小于20 mm,水平誤差小于20 mm,以保證煙塵測量光路能穿過測量斷面的中心并且光線能夠返回,還必須保證測塵儀的強制吹掃氣路。6#燒結(jié)機用經(jīng)過過濾的干凈壓縮空氣,長期吹掃可防止煙道氣污染光學鏡頭。

如果煙氣中含水量大會影響儀器的測量效果,水汽太大時,小水滴會被當作粉塵來測量,6#燒結(jié)機脫硫由于需要加水,煙氣中水汽含量大,造成光穿透不過煙氣并返回,所以測量結(jié)果基本是儀表的滿量程數(shù)據(jù)?，F(xiàn)采取的辦法是根據(jù)環(huán)保局監(jiān)測結(jié)果人為設(shè)置合理的數(shù)值在CEMS監(jiān)控軟件上。

圖2 CEMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.5 溫度/壓力/流速檢測

6#燒結(jié)機脫硫出口采用攀鋼匯同提供的511-BF溫/壓/流一體化測量儀,溫度采用PT100溫度傳感器,壓力采用西門子擴散硅微壓變送器。流量測量采用皮托管微差壓法,皮托管有兩個測壓孔,一個對準氣體流動方向,測的是總壓;另一個孔與流動方向垂直,測的是靜壓。差壓變送器測量它們的差,即動壓,流速與動壓的平方根成正比。因此,其測量精度在量程的上半部較高,在量程下半部較低。對于流速相對穩(wěn)定且高于5米/秒時測量精度尚好,在低于3 m/s精度明顯降低。另一方面,流速與動壓的關(guān)系與總壓空的風速系數(shù)有關(guān)。由于煙氣中的粉塵很多,粉塵一旦附在總壓空上,風速系數(shù)變化,測量誤差明顯加大。為解決此問題,皮托管系統(tǒng)增加了反吹管路及電磁閥,定時進行吹掃。

3.6 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由聚光公司SIC-100集線器、模擬量輸出模塊4024、臺達PLC和環(huán)保數(shù)據(jù)采集傳輸儀等組成。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由計算機、485/232轉(zhuǎn)換器及CEMS等相關(guān)軟件組成。

3.7 氣體預處理系統(tǒng)

3.7.1 氣體采樣

煙氣經(jīng)過采樣探頭和加熱采樣管線,由壓縮空氣經(jīng)過射流泵形成的高負壓抽進分析室。采樣探頭由連接法蘭、不銹鋼采樣管、過濾器(碳化硅陶5μm孔隙)、螺旋加熱裝置、溫控器等組成。采樣管為耐腐蝕的φ8四氟乙烯管,外套保溫加熱層,伴熱溫度在120+ 10℃。最大長度為100 m,一般50 m以內(nèi)為佳,6#燒結(jié)機脫硫出口采樣點到監(jiān)控房系統(tǒng)主機伴熱采樣管線距離約為40 m。氣體采樣探頭及輸送管線加熱是為了避免樣氣從采樣點傳輸?shù)街鳈C柜中氣體分析儀過程中冷凝,避免SO2損失及保證管路暢通。

3.7.2 樣氣過濾

樣氣過濾主要由采樣探頭內(nèi)5μm孔隙的碳化硅陶濾芯和加熱盒內(nèi)的2μm孔隙的二級精濾器構(gòu)成,保證進入氣體測量室的樣氣潔凈。

3.7.3 樣氣加熱

CEMS系統(tǒng)采用的是全程伴熱,與傳統(tǒng)的樣氣加熱—冷凝排水—進入氣室工藝不同,該工藝是把氣室設(shè)置在一個相對密閉的加熱盒內(nèi),通過加熱板進行加熱,保證加熱盒溫度與伴熱管溫度基本相同,讓伴熱管加熱后的煙氣樣氣在進入測量氣室測量過程中不冷凝結(jié)露。避免了傳統(tǒng)工藝中因冷凝器出現(xiàn)故障時煙氣在分析儀里結(jié)露對儀表造成腐蝕。

3.7.4 凈化氣源

為儀器的氣路提供清掃氣,經(jīng)過除水、干燥、除油凈化以后的潔凈空氣(壓力4～8 kg/ cm2)分為3路:測塵儀的在線強制吹掃氣路,長期工作可防止煙道氣污染光學鏡頭;采樣管線吹掃氣路;采樣探頭吹掃氣路。

4 故障分析與排除

以下對CEMS煙氣在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)在我廠6#燒結(jié)機脫硫出口使用過程中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法做出詳細說明。

4.1 煙氣SO2分析儀表顯示數(shù)值太小或不變

(1)現(xiàn)場鍋爐工況對出口SO2有很大影響,負荷高時燃煤量大,含硫份就大,負荷低時燃煤量少,含硫份小,在負荷量變化大時,出口SO2變化相應就大。這種情況應該檢查運行工況,進行必要的表計檢查。

(2)當采樣氣體流量偏低時,采樣氣體流量對SO2有很大影響,一般要求采樣氣體流量在0.8 ml/min～1.5 ml/min之間,流量太低造成進入氣體分析室的氣量過小,使測量數(shù)據(jù)偏低。一般為采樣探頭或管路堵塞,過濾器或射流泵堵塞等,發(fā)生這種情況應及時清理并檢查反吹管路,保證采樣氣體流量在正常范圍內(nèi)。

(3)當管路存在泄露現(xiàn)象時,首先會從O2含量表現(xiàn)出來,采樣系統(tǒng)管路,各連接接頭,過濾器等處任何密封不嚴都會造成O2含量數(shù)值偏高,SO2數(shù)值偏低。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象要檢查管路密封。

(4)當數(shù)據(jù)突然變化時,為防止采樣管線堵塞,系統(tǒng)必須具有定時管路反吹功能,所以管線程控反吹裝置一定要可靠,有時剛反吹完成,氣體采樣時間及反吹時間調(diào)整不好,抽取的樣氣含有大量反吹氣,監(jiān)測數(shù)據(jù)偏低,數(shù)據(jù)過一會才會慢慢穩(wěn)定,這時就需要調(diào)整反吹時間及數(shù)據(jù)保持時間了。

4.2 采樣氣體流量過高或過低

(1)管路有泄漏現(xiàn)象時,流量計顯示會變高,O2含量偏大,此時應檢查采樣管路密封,檢查連接件接頭處有無漏氣。

(2)管路有堵塞現(xiàn)象時,流量計顯示偏低并且調(diào)節(jié)螺釘無效果,儀表SO2濃度偏高,此時應檢查管路密封和射流泵出力是否夠;還應檢查探頭是否堵塞;另外還有過濾器、連接頭等是否堵塞;最后判斷采樣伴熱管是否暢通。當清理采樣探頭、過濾芯、射流泵、連接頭等之后采樣流量還達不到1.0 ml/min時就可以判定采樣管路不暢通。因為長期抽取煙氣會造成管路越來越窄,最后造成堵塞。一般用通水法疏通,把下面的管線接頭拆開,從采樣測量點處通入堿性循環(huán)水,因為采樣管線通電后水會被加熱,熱水會慢慢溶解管壁內(nèi)的積垢,順著下面管線出水,水量會逐漸變大,最后通入壓縮空氣吹干即可。

(3)氣體流量計也易堵塞,流量計出入口接頭處容易堵塞,浮子小鋼珠、玻璃管、上下彈簧容易被污染,這些都會影響流量,此時清洗或更換新的流量計即可。

4.3 煙氣流量測量數(shù)據(jù)實際偏差過大

(1)皮托管堵塞,因顆粒物粘在皮托管測量口或管壁沒有被吹掃掉,會對皮托管的差壓測量有很大影響,造成流速不準。此時應到監(jiān)測平臺取出皮托管人工進行清潔。

(2)皮托管腐蝕穿孔或差壓測量孔被腐蝕磨損,因6#燒結(jié)機的脫硫出口排放煙氣含有大量的離子液顆粒,對金屬制品腐蝕性很強,要定期對皮托管進行人工取出煙囪檢查,發(fā)現(xiàn)有腐蝕穿孔或前端測量孔斷掉的情況及時更換。

5 系統(tǒng)維護

5.1 日常煙氣脫硫在線監(jiān)測系統(tǒng)SO2數(shù)據(jù)異常處理方法

檢查脫硫工況,在監(jiān)控室主機上檢查采樣流量計是否能保持在1.0 ml/min左右,如果不能進行調(diào)節(jié),試拔下伴熱管至氣室入口之間的連接頭,觀察流量計是否升高到2.0 ml/min,重點檢查射流泵、壓縮空氣源、二級過濾器、排氣管路等。若上述部件無堵塞現(xiàn)象,取掉伴熱管與氣室連接頭后,如流量正常,則需要檢查平臺上的采樣管、采樣過濾芯及采樣管線,若發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象予以更換,還應檢查伴熱溫度是否正常,防止樣氣在采樣管路中凝結(jié),最后用標氣對分析儀進行標定。

5.2 分析儀標定步驟

5.2.1 SO2零點標定

(1)連接好零氣(高純氮氣)與系統(tǒng)主機的接頭,打開標氣瓶閥門。

(2)在OMA2000儀表上雙擊SO2參數(shù),選擇“零點標定”,點擊“預標定”氣閥自動打開通入氮氣,等顯示數(shù)值穩(wěn)定后點擊 “開始標定”,系統(tǒng)開始零點標定。

(3)標定結(jié)束后,點擊“OK”,零點標定完成。

5.2.2 SO2量程標定

(1)連接好SO2量程氣與系統(tǒng)主機的接頭,打開標氣瓶閥門。

(2)在OMA2000儀表上雙擊SO2參數(shù),選擇“量程標定”,在標氣值一欄中輸入待標SO2氣體的實際濃度值,點擊“預標定”氣閥自動打開通入標氣,等顯示數(shù)值穩(wěn)定后點擊“開始標定”,系統(tǒng)開始量程標定。

(3)標定結(jié)束后,點擊“OK”,量程標定完成。

5.3 日常保養(yǎng)與維護

為使煙氣分析系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行,維護人員應做好維護工作。維護內(nèi)容包括系統(tǒng)檢查及零部件更換。系統(tǒng)檢查分以下幾種情況:日常檢查(1～7天檢查一次),一般檢查(1～6個月檢查一次),定期檢查(年度檢查和更換)。

5.3.1 日常檢查(1～7天檢查一次)

采樣流量為0.8 ml/min～1.0 ml/min,壓縮空氣源為0.3 MPa～0.4 MPa,有無警告發(fā)生,確認報警LED燈未點亮,二級過濾器表面粘灰較多需進行清掃或更換,加熱盒內(nèi)的采樣管路是否堵塞,射流泵是否堵塞。伴熱管溫控、加熱盒溫控、采樣探頭溫控等是否在120℃±10℃,數(shù)據(jù)采集儀是否能正常聯(lián)網(wǎng)傳送環(huán)保局,標氣的有效時間及剩余壓力,如果標氣過期或標氣瓶壓力低于1 MPa,就應更換標氣。

5.3.2 一般檢查(1～6個月檢查一次)

取樣點探頭濾芯堵塞變臟,需要清潔或更換(根據(jù)現(xiàn)場工況情況定)3個月檢查一次;檢查皮托管、不銹鋼采樣管,腐蝕磨損影響測量需及時更換,6個月檢查一次。

5.3.3 定期檢查

分析儀靈敏度檢查及紫外光源壽命檢查,如測量結(jié)果漂移偏大需重新調(diào)整,光源不發(fā)光需及時更換。檢查干擾補償準確度,如有偏離,則重新進行調(diào)節(jié),氧化鋯如失效要及時更換。

6 結(jié)論

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,二氧化硫的排放量日益增多,造成二氧化硫污染和酸雨的嚴重危害。我國目前的經(jīng)濟條件和技術(shù)條件還不允許象發(fā)達國家那樣投入大量的人力和財力,并且在對二氧化硫的治理方面起步晚,至今還在摸索階段。不過由于近幾年國家對環(huán)保的嚴格要求,脫硫設(shè)施及監(jiān)控設(shè)施必須要長期穩(wěn)定運行。我們也將在今后的工作中不斷摸索,提高技術(shù),為設(shè)備的穩(wěn)定運行保駕護航。

Analysing the CEMS-2000-s Monitoring System Applied in the Production of Desulfurization

HE Yong

(Panzhihua Steel and Vanadium Co.Ironworks,Panzhihua 617000,Sichuan,China)

The CEMS flue gas continuous monitoring system optimizing the mature advanced technology in the world is mainly used to continuous monitoring smoke and dust in flue gas,concentration of SO2and NOX emissions.Our factory adopts the ion liquid circulation desulphurization, completely direct extraction method to measure.

system,fault analysis,system maintenance

TP274

A

何勇,助理工程師,主要從事電氣儀表設(shè)備點檢方式方法和維護檢修方法的研究。

1001-5108(2016)05-0062-04