西門子CEMS在神華國華北京熱電的應(yīng)用及故障分析

王晶晶

（神華國華北京熱電分公司，北京 100025）

1引言。隨著煙氣污染防治等環(huán)保工作的推進(jìn)，煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS成為了火力發(fā)電廠必不可少的設(shè)備。CEMS主要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)有 SO2、NOX、CO、O2，這些煙氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是環(huán)保部門進(jìn)行排污核定和排污費(fèi)征收等環(huán)境管理的依據(jù)，因此CEMS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測(cè)量直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)形象。神華國華北京熱電分公司(以下簡稱北京熱電)一、二單元脫硫系統(tǒng)、#1~#4爐SNCR以及SCR系統(tǒng)共有煙氣監(jiān)測(cè)裝置10套，均采用西門子公司的ULTRAMAT 23分析儀表，煙氣取樣方式為直接抽取加熱法。10套煙氣監(jiān)測(cè)裝置從2000年12月至2010年5月之間相繼投入運(yùn)行，運(yùn)行狀況基本正常，但在運(yùn)行的過程中也暴露出了一些問題，解決好這些問題是煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障。

2、西門子煙氣監(jiān)測(cè)裝置系統(tǒng)說明。每套煙氣監(jiān)測(cè)裝置都由氣體采樣、氣體過濾、氣體除水以及氣體分析四部分組成。如下圖

圖1 ：氣體流程圖

2.1 氣體采樣

煙氣經(jīng)過采樣探頭和電加熱采樣管線由抽氣泵抽取至分析儀表柜。采樣探頭（SP）：由連接法蘭（DN65，PN6）探頭取樣、過濾器（碳化硅陶瓷2m孔隙）加熱裝置、溫控器組成。取樣管線：由PTFE樣氣管、電伴熱加熱帶、保溫層及外防護(hù)層組成。采用PT100鉑電阻測(cè)溫通過溫控器控制加熱溫度。為保證從取樣點(diǎn)及分析柜傳輸樣氣過程中不出現(xiàn)樣氣冷凝現(xiàn)象，避免SO2損失及樣氣管暢通，取樣探頭及取樣管線均采用加熱方式；溫度設(shè)定：120℃---160℃(在探頭溫控器及取樣管溫控器上設(shè)置)

2.2 樣氣過濾。樣氣過濾主要通過探頭過濾器來完成，煙氣通過探頭過濾器后經(jīng)過電加熱采樣管在進(jìn)入分析之前經(jīng)過過濾器再次過濾，分析柜內(nèi)的保護(hù)過濾器也起到監(jiān)視作用。

2.3 樣氣除水。樣氣進(jìn)入分析儀前，通過壓縮機(jī)冷凝器來對(duì)樣氣進(jìn)行快速冷凝，經(jīng)過致冷器后的樣氣將滿足分析儀的進(jìn)樣要求。蠕動(dòng)泵用于冷凝水的排放。致冷器的控制溫度設(shè)定在＋5±2℃，當(dāng)致冷器冷凝溫度不在設(shè)定范圍時(shí)，將輸出報(bào)警接點(diǎn)，這時(shí)取樣泵關(guān)斷，以避免濕樣氣進(jìn)入分析儀，從而對(duì)分析儀的單元部件造成污染。

2.4 分析儀原理。煙氣的分析采用直接抽取加熱法，測(cè)量原理：SO2、NOX采用紅外線分析原理，基于不分光紅外線吸收原理，利用一定波長的紅外的吸收增減來測(cè)量氣體的濃度值；O2電化學(xué)法，氧傳感器是根據(jù)燃料電池的原理工作的，氧在陰極和電解液分界層發(fā)生變化，氧濃度值和兩極間產(chǎn)生的電流成正比。

3、煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)缺陷統(tǒng)計(jì)。2007年至2011年06月，煙氣監(jiān)測(cè)裝置共發(fā)生缺陷112條，從缺陷的類型來看，多數(shù)為取樣管路堵塞，共有76條，其次為除水裝置故障，共有18條，這兩種缺陷的數(shù)量占了總數(shù)的83.9%。過濾裝置故障和分析儀本身故障分別為11條和7條占16.1%，如圖3所示：

圖3

4 CEMS典型問題分析及故障處理

4.1 探頭加熱器不加熱導(dǎo)致管路堵塞。

由于脫硫出口煙氣的溫度比較低且含有大量的水分，因此需要對(duì)煙氣取樣探頭和取樣管線進(jìn)行加熱。加熱器的設(shè)定溫度在120℃---160℃之間，夏天稍低，冬天稍高。溫度的設(shè)定可在溫控器上進(jìn)行。北京熱電二單元脫硫脫硫出口SO2顯示偏低，取樣氣體流量變小。通SO2標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)分析儀進(jìn)行標(biāo)定，分析儀顯示正常。將進(jìn)入冷凝裝置之前的取樣管路通大氣后，氣體流量正常。從上述情況可以判斷取樣管路存在問題。

對(duì)取樣探頭進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)探頭加熱棒不熱，且套管中有積水現(xiàn)象。檢查加熱器的供電情況，未發(fā)現(xiàn)異常。對(duì)溫控器的控制回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)溫控器的輸出接點(diǎn)不通，調(diào)節(jié)溫控器的設(shè)定值至最低，輸出接點(diǎn)仍不能導(dǎo)通，由此判斷溫控器故障。更換溫控器后取樣探頭加熱正常。由于取樣探頭長時(shí)間不加熱，取樣管路前端溫度低產(chǎn)生固體結(jié)晶，導(dǎo)致管路不暢，清理固體結(jié)晶后取樣氣體流量恢復(fù)正常。將取樣管路投入運(yùn)行后，SO2氣體的含量也逐漸升高至正常測(cè)量值。

從上述的處理過程可以發(fā)現(xiàn)，由于探頭加熱器不工作，導(dǎo)致探頭套管有積水，探頭濾芯長期處于濕潤狀態(tài)，取樣氣體中的部分SO2與水和氧氣反應(yīng)，至使SO2的含量降低。取樣管路溫度低產(chǎn)生固體結(jié)晶，導(dǎo)致管路堵塞。

4.2 蠕動(dòng)泵泵管老化泄氣

北京熱電一臺(tái)ULTRAMAT 23分析儀表流量指示頻繁波動(dòng)。從流量指示波動(dòng)的現(xiàn)象來看，產(chǎn)生波動(dòng)的原因可能是管路中有雜質(zhì)或者取樣泵工作不穩(wěn)定。按照?qǐng)D1的氣體流程圖進(jìn)行分段排查。首先將取樣從分水器前打開通大氣，發(fā)現(xiàn)分析儀表流量指示仍然波動(dòng)，然后取樣從抽氣泵前邊打開通大氣，流量指示顯示正常，不再波動(dòng)。從而排除了采樣管和抽氣泵及泵后設(shè)備的問題。將分析儀進(jìn)行對(duì)空標(biāo)定，電磁閥Y1切換至新鮮空氣一路，標(biāo)定的過程中氣體流量指示波動(dòng)的現(xiàn)象又出現(xiàn)了。根據(jù)氣體流程圖判斷出制冷器冷腔B至蠕動(dòng)泵之間的設(shè)備存在問題。

對(duì)蠕動(dòng)泵進(jìn)行檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，蠕動(dòng)泵泵管有細(xì)微的裂紋，致使蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，擠壓到泵管破裂處時(shí)，有空氣泄露，氣流產(chǎn)生波動(dòng)，見圖2。更換泵管后流量指示顯示正常。從蠕動(dòng)泵泵管出現(xiàn)裂紋的情況可以看出，由于蠕動(dòng)泵運(yùn)行過程中，泵管被不斷的擠壓排水，使泵管產(chǎn)生磨損，泵管中的水中含有腐蝕性物質(zhì)，對(duì)泵管有一定的腐蝕作用，加速了泵管的老化，最終導(dǎo)致泵管老化破裂。

圖2

4.3 其它故障處理

4.3.1 過濾器積塵變色

樣氣雜質(zhì)多是積塵的主要原因，容易使探頭過濾器損壞，應(yīng)對(duì)積塵進(jìn)行清楚。制冷器的溫控器故障以及蠕動(dòng)泵不工作都會(huì)導(dǎo)致排水系統(tǒng)不暢，體現(xiàn)出的現(xiàn)象是過濾器變色，嚴(yán)重的情況是過濾器進(jìn)水，如不及時(shí)處理將會(huì)使分析儀進(jìn)水，導(dǎo)致分析儀表損壞。

4.3.2 氧測(cè)量濃度偏大。O2的測(cè)量值偏大時(shí)，說明整個(gè)測(cè)量回路里有漏氣的情況，應(yīng)對(duì)取樣探頭、氣體排水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，檢查取樣處是否有漏氣現(xiàn)象，蠕動(dòng)泵工作是否正常，管路各連接頭是否有松動(dòng)現(xiàn)象。

4.3.3 分析儀檢測(cè)組分失效。分析儀中的各煙氣檢測(cè)室組分都有一定的使用壽命，到達(dá)使用壽命后，將會(huì)使測(cè)量值無法顯示，直至失效。因此需要根據(jù)檢測(cè)室的診斷值判斷其使用情況，到達(dá)使用壽命時(shí)進(jìn)行更換。

5 日常檢查及維護(hù)建議

5.1 檢查過濾器:如有變色或?yàn)V芯上有顆粒物時(shí)，予以更換并檢查原因。

5.2 流量檢查:檢查分析儀U23上的流量指示,如果U23上出現(xiàn)"樣氣流量低"故障報(bào)警，應(yīng)及時(shí)檢查樣氣流路是否有堵塞現(xiàn)象。

5.3 致冷器檢查:檢查致冷器上的溫度指示是否正常。

5.4 蠕動(dòng)泵檢查:檢查蠕動(dòng)泵工作是否正常。

5.5 儲(chǔ)液罐檢查:檢查儲(chǔ)液罐內(nèi)冷凝水積存情況，積水倒水。

5.6 操作狀態(tài)檢查:檢查分析系統(tǒng)應(yīng)處于"自動(dòng)"運(yùn)行狀態(tài)。

5.7 溫度檢查:檢查探頭溫控器、取樣管溫度控制器是否工作正常。環(huán)境溫度是否正常。

5.8 檢查分析儀記錄信息

6 結(jié)論

隨著國家環(huán)保部門對(duì)煙氣排放要求的提高，以及核查力度的加大，電廠煙氣連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性及其重要。作為CEMS的使用者和維護(hù)者，在掌握其使用方法的同時(shí)，要提高問題的故障判斷和處理水平，縮短處理問題的時(shí)間，避免企業(yè)因煙氣排放問題遭受經(jīng)濟(jì)損失。

[1]雪抱塵.結(jié)合環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)際 傳授環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù).[M]河北科技大學(xué)學(xué)報(bào).2004-12-25.