石油化工行業(yè)氨法脫硫煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用探討

崔 偉

（中國石油 烏魯木齊石化分公司，烏魯木齊 830019）

烏魯木齊石化公司化肥廠脫硫裝置在線煙氣監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS），是由北京雪迪龍公司生產(chǎn)的SCS900 系列分析測量系統(tǒng)，整個系統(tǒng)主要由取樣裝置、分析系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、在線傳輸系統(tǒng)等構(gòu)成。取樣裝置的取樣管線應(yīng)自上而下傾斜敷設(shè)，不能打死彎或者出現(xiàn)U 型彎，防止管內(nèi)積水或者其他污物。電纜應(yīng)該與伴熱取樣管分開或者隔有一定的距離，防止過熱引起線路問題，另外伴熱管的總長度不要超過70m，否則取樣泵的抽力有可能滿足不了分析儀的要求[1]。

1 裝置構(gòu)成及認(rèn)識

一套完整的脫硫在線分析系統(tǒng)是由4 部分組成：顆粒物測量儀、煙氣參數(shù)測量子系統(tǒng)（包括：溫度測量儀、壓力測量儀、流量測量儀、濕度測量儀、氧測量儀或二氧化碳測量儀），氣體污染物CEMS（SO2、NOX、O2）、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)。

煙氣脫硫工程配備的CEMS 主要用于測量煙氣脫硫工程前（原煙氣），后（凈煙氣）的污染物含量。為了對比，必須將測量結(jié)果折算成標(biāo)態(tài)的干煙氣。所以，除測量污染物含量外，還要測量溫度、濕度、壓力和含氧量。測量的準(zhǔn)確性對煙氣脫硫裝備的效率是很重要的。

煙氣在煙道中流動，必須通過取樣才能進(jìn)入分析儀，氣態(tài)污染物CEMS 取樣分為3 種方式：稀釋抽取法、直接抽取法、直接測量法。其中，稀釋抽取法不適合低濃度測量稀釋氣，質(zhì)量要求較高，濕基測量。直接測量法受溫度和振動的影響很大，上述兩種取樣方法在現(xiàn)場很少使用，大多采用直接抽取法，將此方法做詳細(xì)介紹：直接抽取法又可分為冷、干直接抽取和熱、濕直接抽取，國內(nèi)安裝的基本為冷干直接抽取法，冷干抽取法給出的煙氣濃度為干基，熱、濕抽取法給出的煙氣濃度為濕基。取樣管線需要自限溫和恒功率伴熱保溫，最長不超過70m，由上至下至少傾斜5°，直接抽取法的主要優(yōu)點是便于探頭校準(zhǔn)、中間校準(zhǔn)、分析儀校準(zhǔn)，便于擴(kuò)展，主要缺點是安裝、調(diào)試和操作需要更多的經(jīng)驗。直接抽取法的誤差主要來自：①煙氣濃度分層；②探頭堵塞；③取樣系統(tǒng)泄漏；④管線吸附；⑤冷凝水吸收。

2 系統(tǒng)性能及特點

含塵量測定儀一般為現(xiàn)場測量儀表，直接安裝在煙道上，窗口與煙道接觸，若沒有清洗氣體保護(hù)，窗口必然被污染，使測量結(jié)果不正確。不僅如此，只要含塵量測定儀安裝在煙道上，清洗氣體就不能停止。因此吹掃系統(tǒng)必須很可靠，并有故障報警，整個取樣系統(tǒng)在使用前最主要的是要進(jìn)行管線的氣密性檢查，檢查前先將所有接頭螺帽擰緊，泵前氣密性檢查：將針閥順時針旋到底（關(guān)死旁路），堵死截止閥上端的進(jìn)氣口，看儀表上浮子流量計，若是降到最低端并靜止不動，則氣密性良好，否則系統(tǒng)可能漏氣，應(yīng)逐一檢查各接頭密封性，泵后氣密性檢查（小心慎重操作）[2]。

3 應(yīng)用探討

整個取樣過程中冷卻系統(tǒng)是至關(guān)重要的，通過兩級冷卻，將樣品氣中的水分冷凝排出取樣系統(tǒng)，排水管必須接到儲液桶里并保持管路排水暢通，伸進(jìn)儲液桶的機(jī)柜排氣管不能過深，防止被廢液漫過。由儲液桶引出的排氣管必須引到室外，穿墻及室外部分應(yīng)纏到取樣管上，利用取樣管的伴熱保證排氣管有一定的溫度，防止冬天管內(nèi)結(jié)冰堵死排氣管。制冷器最常見的故障有：制冷劑泄漏、溫控器問題、溫度傳感器問題、風(fēng)扇問題、壓縮機(jī)問題、散熱器灰塵多、散熱不好、線路板插接件接觸不實(多發(fā)生于BUHLER 進(jìn)口制冷器)、加熱片一直加熱或者一直不加熱。

表1 顆粒物的測量（光電透射法、光閃爍、光散射法、β射線法、電荷法）Table 1 Measurement of particles (photoelectric transmission method, light scintillation, light scattering method, β - ray method, charge method)

對煙氣污染物的監(jiān)測必須有可對比性，因此需要將污染物的測量結(jié)果折算成標(biāo)態(tài)干物質(zhì)數(shù)量。單位是mg/Nm3。折算過程需要引進(jìn)溫度、壓力、濕度、含氧量的數(shù)值。同時，還必須計算出總量，供環(huán)境保護(hù)部門參考。流量測量是為計算總量服務(wù)的。

煙氣中水分含量的測量有紅外吸收法和氧差法，紅外吸收法如果用現(xiàn)場安裝型儀器，成本很高。若采用熱測量技術(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，則成本增加不多，而測量精度大大提高。但熱測量技術(shù)監(jiān)測系統(tǒng)總的成本較高，最適合于復(fù)雜的煙氣監(jiān)測（例如拉圾焚燒或脫氮處理廠）。

氧差法是通過測量煙道中的濕基氧含量和脫水處理后的干基氧，通過計算得到濕度值。如果水含量較小，或取樣管路有微漏，測量誤差很大。

標(biāo)準(zhǔn)中也允許通過定期標(biāo)定作為常數(shù)輸入排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)中，一般每半年標(biāo)定一次。如果煤質(zhì)發(fā)生重大變化，需及時標(biāo)定。

測量濕度的方法很多，如電容法、干濕球法、中子法、濕敏元件法等，但是因為煙氣的特殊環(huán)境（含塵量高，腐蝕性氣體），不能長期使用。

分析測量部分是CEMS 系統(tǒng)的最重要部分，儀表的測量原理是：不分散紅外吸收法，氣體的特征吸收波長：SO2吸收的紅外波長7.3μm，NO 吸收的紅外波長5.3μm。測量氧氣的原理是電化學(xué)法。

儀表的常見故障以雪迪龍生產(chǎn)儀表為例,當(dāng)儀表測量出現(xiàn)******時，處理方法如下：

1）進(jìn)入分析儀狀態(tài)菜單，查看故障日志。

2）一直按Enter 鍵，把故障消除掉，退出再進(jìn)入就能看到無法消除的故障，然后根據(jù)故障原因，再進(jìn)行處理[3]。

3）進(jìn)入儀表菜單檢查儀器診斷

通過7 個月的運行，發(fā)現(xiàn)該CEMS 系統(tǒng)存在一些問題，主要有：儀器在進(jìn)行反吹的時候，會造成SO2含量突然升高，針對這一問題，與生產(chǎn)廠家維修人員在現(xiàn)場共同摸索、研究，發(fā)現(xiàn)在反吹過程中，取樣管線中的樣品氣被急劇壓縮，造成單位體積內(nèi)的SO2突然升高，由于取樣管線比較長，設(shè)定時間內(nèi)無法置換出被壓縮的樣品氣，在現(xiàn)場做實驗，將被壓縮的樣品氣也引入另外一臺分析儀，實時觀察吹掃過程中SO2濃度的變化，在吹掃過程中，儀器不顯示當(dāng)前SO2含量，通過實驗，確定在吹掃過程中，SO2濃度發(fā)生了很大變化，根據(jù)這一情況，增加了旁路排放，同時加大抽吸泵的排量，盡量在設(shè)定時間內(nèi)將被壓縮的樣品氣排出，同時盡可能增加氣體置換時間。為了徹底解決樣品氣被壓縮的問題，在取樣過濾器出口安裝一個電磁閥，由程序控制，吹掃開始后，電磁閥關(guān)閉，使樣品氣不進(jìn)入取樣管線，徹底切斷樣品氣，在使用了一段時間后，效果很好。

另一個問題是，整個系統(tǒng)的樣品氣冷凝液排放在室內(nèi)的一個廢液回收桶里，冷凝液在排放的過程中會夾帶樣品氣，這樣會使樣品氣泄漏在分析房中，儀器在執(zhí)行自動標(biāo)定的時候，會抽取分析房中的氣體來進(jìn)行零點標(biāo)定，這樣，就會使零點的標(biāo)定出現(xiàn)問題，錯把含有樣品氣的空氣當(dāng)做潔凈的空氣，使零點偏低，造成分析儀測量出現(xiàn)偏差，目前已經(jīng)將所有的排放管線和冷凝液的排放都排在了分析室外，排除這些干擾，同時加大分析小屋風(fēng)機(jī)的置換能力，使風(fēng)量最大，保證分析室內(nèi)充滿潔凈的空氣，同時引儀表風(fēng)進(jìn)入分析小屋，保證小屋正壓吹掃，從根本上解決這個由于泄漏產(chǎn)生的問題。

在使用過程中針對目前現(xiàn)場的實際工況，對儀表的全面運行數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集，同時和工藝車間一同對如何調(diào)整工況進(jìn)行了探討，并且在現(xiàn)場做了大量實驗，根據(jù)加氨水量的多少，控制SO2濃度在一定的范圍，通過實驗逐漸摸索出了一些規(guī)律。同時加入氨水后，在多長時間后，SO2含量發(fā)生變化，在長時間、多次同工藝車間實際操作和記錄結(jié)果分析，最后總結(jié)出在加入氨水大約1.5h 后，樣品氣中的SO2濃度會發(fā)生變化。針對氨水加入量的多少，調(diào)節(jié)出口SO2濃度，在大量的實際操作和比對試驗中，目前已基本掌握了氨水加入量、反應(yīng)時間和出口SO2濃度的關(guān)系。同時將分析小屋由地面移至25m 高框架處，使取樣管線大為縮短，現(xiàn)在只有50m，只有原來的一半，分析滯后和置換不干凈都得到了徹底的消除。

另外在運行過程中還總結(jié)出了一些維護(hù)經(jīng)驗，取樣過濾器在連續(xù)使用1 個月后需要進(jìn)行清理，否則會引起取樣流量變小，當(dāng)流量小于0.5L/min 時，分析儀會自動停止運行，在連續(xù)運行3 個月后要對保護(hù)過濾器進(jìn)行清洗，否則同樣會造成取樣流量變小，造成和上面一樣的結(jié)果。

4 結(jié)束語

通過以上的經(jīng)驗總結(jié)和實際工作中的革新應(yīng)用，徹底消除了系統(tǒng)自動反吹后SO2發(fā)生突變的情況，提高了煙氣監(jiān)測系統(tǒng)的長周期平穩(wěn)運行。