降低脫硫CEMS測量氣路含水量的方法

楊尹

【摘??要】隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國各行各業(yè)的發(fā)展都得到了快速的提升。與此同時帶來的是日益嚴峻的環(huán)境形勢，濕法脫硫工藝被廣泛應用，由于煙氣經(jīng)過吸收塔后濕度較高，抽取式的監(jiān)測設備長期運行后，氣路內含水量較大，對氣路所有環(huán)節(jié)管路和設備腐蝕非常嚴重，縮短了使用壽命，也增高了設備故障率的發(fā)生。希望通過本文的分析研究，給行業(yè)內人士以借鑒和啟發(fā)。

【關鍵詞】CEMS;含水量;煙氣預處理

1?引言

經(jīng)過多年的持續(xù)技術進步和工藝優(yōu)化，目前硫磺回收裝置的硫回收率已達99.9%以上，外排尾氣中SO2含量已經(jīng)降到500mg/m3（折合氧含量3%，干基，下同）以下，部分裝置甚至達到200mg/m3以下。但仍無法滿足2015年頒布的國家大氣污染物排放標準（GB31570-2015），SO2質量濃度小于的100mg/m3排放限值要求，需要進行尾氣脫硫改造。硫磺回收裝置尾氣與常規(guī)煙氣不同，氣量小，工況復雜。除了正常運行工況外，還存在硫磺回收裝置開停車時的高硫濃度、高水含量（超過25%）的開停車工況。部分裝置由于建成時間早，已接近臨界年限，運行穩(wěn)定性差，即使正常工況下，尾氣污染物濃度及組成也會有較大波動。脫硫改造的難度大于常規(guī)煙氣脫硫。某公司#5、#6機組為600MW超臨界燃煤發(fā)電機組，該機組煙氣脫硫系統(tǒng)采用高效脫除SO2的濕法石灰石———石膏工藝。吸收塔采用B&W公司提供的托盤式FGD吸收裝置，煙氣由側面進入吸收塔，煙氣與霧狀漿液逆流接觸，使得通過多層噴淋區(qū)的煙氣和石灰石吸收劑有效接觸，最終煙氣中水蒸氣的含量大大增加。

2?CEMS概況

裝置CEMS可以在線維護運行，連續(xù)監(jiān)測SO2、NOx、O2濃度，顆粒物濃度，煙氣流速、壓力、溫度等相關參數(shù)并統(tǒng)計排放率、排放總量等，能對測量到的數(shù)據(jù)進行有效管理。整套系統(tǒng)能夠與企業(yè)內部的DCS和環(huán)保部門的數(shù)據(jù)系統(tǒng)實時通信。

2.1系統(tǒng)設計

CEMS系統(tǒng)由氣態(tài)污染物監(jiān)測、顆粒物監(jiān)測和煙氣參數(shù)（流速、壓力及溫度等）監(jiān)測3個子系統(tǒng)組成。氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)采用OMA-3000分光光譜氣體分析儀測量SO2、NOx及O2等氣體，該分析儀集成安裝在煙脫塔底下的分析小屋內，采用獨有的熱濕法技術，利用紫外差分技術測量高溫煙氣中的SO2、NOx，系統(tǒng)內置氧化鋯傳感器測量氧含量。煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)采用LDM-100激光粉塵儀，利用激光投射法測量煙氣中粉塵的濃度。煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)包括煙氣流速和煙氣濕度的測量。煙氣流速采用差壓變送器測量，通過測量煙氣流動中的全壓和靜壓，得到煙氣的流速。中央單元接收所有設備的信號輸出，通過內部的處理單元轉換為工業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常使用的RS-485信號與儀表間機柜內的工作站通信。

2.2日常維護

該儀表在工作日每天正常巡檢兩次，節(jié)假日巡檢一次。日常巡檢內容包含伴熱管外觀檢查、伴熱溫度檢查，儀表外觀檢查日歷史記錄檢查，每日數(shù)據(jù)檢查，使用標準氣（瓶）壓力檢查，監(jiān)測站房相關附屬設施（空調、排風扇、照明、報警器及滅火器等）檢查。儀表每月例行兩次手動校準，兩次標準氣校驗，一次人工監(jiān)測比對，至少兩次粉塵儀鏡面擦拭處理，一次采樣探頭清潔檢查。每3個月進行一次全量程校驗，進行一次流速校正，一次粉塵儀校正。

3?CEMS系統(tǒng)運行過程中存在的問題

其主要存在的問題如下：1）從加熱盒中的測量池出口至散熱井入口部分氣路管段暴露在空氣中，無伴熱保溫措施，使得從加熱盒出來的高溫煙氣暴露在環(huán)境溫度中，在管中出現(xiàn)冷凝結晶現(xiàn)象，長時間運行后導致氣路阻力變大，甚至堵塞管路，對CEMS系統(tǒng)正常測量產(chǎn)生影響。2）散熱井出力不足，煙氣降溫冷凝效果不好。散熱井屬純機械結構，內部為按魚骨形密集排列焊接的金屬板，背面固定高功率風扇，以加速散熱，通常煙氣經(jīng)過散熱井后溫度會接近常溫。但由于散熱井出力不足，導致煙氣降溫效果不好，致使進入到第二級TEC冷凝器的煙氣中含水量大且溫度高，冷凝效果不好，含水的煙氣進入到電化學傳感器中，影響CO和O2的準確測量，同時會導致傳感器使用壽命縮短。3）排空氣路連接錯誤，未充分利用提速排空閥的調節(jié)作用，導致在用標準氣進行標定時，氣路憋壓，而氣路壓力上升會直接影響到SO2的測量系數(shù)的改變，多次標定后，使得SO2系數(shù)升至11萬倍，致使SO2測量數(shù)值超量程，且無法標回零點。

4?CEMS系統(tǒng)改進及應用

煙氣預處理裝置，采用的是膜滲透原理核心部件是由美國PermaPure公司研發(fā)的，20多年前美國PermaPure公司研發(fā)了第一個Nafion干燥器?，F(xiàn)在Pure干燥器被廣泛應用于全世界的氣體采樣預處理中。PermaPure將這些成熟的技術應用到最新的Mini-GASS氣體采樣預處理系統(tǒng)上。Nafion材料的磺酸基結構使其對水份有極強的滲透性，一個磺酸基團可以吸附13個水分子。當Nafion管內外存在水蒸汽分壓梯度時，磺酸基形成一個離子通道，源源不斷地將水蒸汽從內表面輸送到外表面，外表面的水蒸汽通過壓縮空氣將其帶走。Nafion具有優(yōu)異的選擇吸收特性，除了胺和一些極性有機物如DMSO、乙醇、有機酸和酮外，對其它氣體沒有任何損失，因此適合用于高精度的氣體分析儀。完全滿足廠內工況需要。完整的Mini-GASS系統(tǒng)可以完成樣氣過濾、干燥除水和樣氣降溫的功能。其特點：一是抗腐蝕性強;二是選擇性好———適用于除NH3外的所有常見氣體;三是除水能力強、效率高;四是不產(chǎn)生冷凝水。

5煙氣預處理效果

首先是除濕效果。原有的直接抽取式CEMS系統(tǒng)，在預處理裝置安裝前，在進冷凝器前端會有冷凝水產(chǎn)生，造成分析儀表排出廢煙氣在冬季會結冰堵塞廢氣管路。待CEMS預處理裝置安裝后，連續(xù)兩天采樣管凝結水明顯減少，待CEMS預處理裝置安裝后第三天采樣管處不再有凝結水滴產(chǎn)生，并且經(jīng)過觀察，該裝置運行穩(wěn)定時，采樣管凝結水不再產(chǎn)生。說明CEMS預處理裝置對煙氣的除濕效果良好。其次是對設備腐蝕程度的影響。煙氣中酸性氣體溶于水使得設備容易酸性腐蝕，使采樣泵、儀表氣室、氧電池等腐蝕嚴重，每2～3年即需更換，更換頻率較高;安裝本裝置之后，不再有酸性液體的產(chǎn)生，對氣室和氧電池腐蝕性減小，保護了設備，減少了設備的更換頻率，從而達到了節(jié)約成本的目的。

6CEMS射流泵更換

CEMS已投用連續(xù)運行兩年，因催化煙氣排放過程中帶有少量催化劑，由于時間的積累，部分催化劑沉積在煙氣采樣管路中，造成采樣管路的阻力增大。經(jīng)過專業(yè)廠家技術人員現(xiàn)場分析和實驗，決定嘗試將原射流泵（6L/min）更換為大流量射流泵（7L/min）來解決該類數(shù)據(jù)異常問題。通過后期自動反吹數(shù)據(jù)波動情況來看，在更換大流量射流泵后，氣室壓力從70.0kPa增大至79.5kPa，射流泵抽取力度加強，數(shù)據(jù)異常波動情況得到明顯改善。

結語

總之，在增加了煙氣預處理裝置后有效的降低了氣路內的含水量，進而保護了后續(xù)設備更長久穩(wěn)定地運行，提高了CEMS在線監(jiān)測設備的正常投運率，保證了環(huán)保數(shù)據(jù)的真實有效。

參考文獻：

[1]常穎，劉文敬，王振國，等.煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀及思考[J].計測技術，2016，36（3）：1～4.

[2]夏芳.CEMS在催化裂化裝置煙氣脫硫系統(tǒng)中的應用[J].石油化工自動化，2011，47（5）：74～75.

（作者單位：華能國際電力股份有限公司南通電廠）