1　引言

    随着人类对环保认识的不断加深，环保问题变得异常重要，这与人类赖以生存的环境息息相关，直接影响着人类的身体健康。淄博作为一个重工业城市，环保问题引起了各方的注意，而华电淄博热电有限公司作为淄博市最大的发电厂之一，无疑引起了省市环保局的重点重视，我公司也充分意识到环保的重要性，积极做好烟气连续排放监测系统的维护检修工作。

    华电淄博热电有限公司#5、6机组330MW机组采用的是石灰石-石膏法烟气脱硫装置，由青岛华拓科技股份有限公司进行设计和安装。在实际运行过程中，发现脱硫系统CEMS设备运行不稳定，故障频发。对此，热控分场根据#1、2机组脱硫运行维护经验，结合#5、6机组现场实际，进行了故障分析，取得了一定成果，并明确了设备维护重点。

    2　烟气连续排放监测系统介绍

    我公司#5、#6锅炉脱硫系统采用的是重庆川仪自动化股份有限公司PS6400烟气排放连续监测系统，本烟气排放连续监测系统主要用于湿法脱硫塔，该烟气测量系统采用的是直接抽取法进行测量，主要由：采样单元、预处理单元、分析单元三部分组成。

    主要是对进出口烟气中的二氧化硫、一氧化氮、含氧量、粉尘、压力、流量、温度、湿度（仅脱硫后）进行实时监测。脱硫系统进出口上分别安装气体取样探头、探头反吹系统、粉尘仪、流量计、压力变送器、温度探头、湿度仪等，二氧化硫分析仪及其预处理系统分别安装在CEMS小屋内的二个控制柜中。另外数据采集处理系统通过数据线通信，分别提供脱硫前后两个烟道的参数及报表。

    主要监测参数如下：

    脱硫前主要参数：二氧化硫、粉尘、氮氧化物、含氧量。

    脱硫后主要参数：二氧化硫、粉尘、氮氧化物、含氧量、含湿量。

    脱硫前和后重要辅助参数：烟气流量、烟气温度、烟气压力等。

    分析仪采用的是西门子公司生产的ULTRAMAT 23气体分析仪，测量原烟及净烟气内SO2、NO及O2含量，其信号在上位机中显示并输送至DCS系统中。分析仪如图1所示。

图1 ULTRAMAT 23 气体分析仪

    3　烟气连续排放监测系统工作原理

    CEMS系统所监测参数根据采样方式分为：现场连续监测和抽取式连续监测两种方式。烟气温度、烟气压力、烟气流量、粉尘浓度、烟气含湿量采用为现场连续监测，在吸收塔原烟气烟道和净烟气输出烟道上分别安装所测数据现场监测仪表，将测量的模拟量信号分别传送CMES系统分析柜、PLC及DCS系统。

    所测烟气中气态污染物分析采用抽取式连续监测，从现场抽取烟气，经伴热管路保温，进入系统分析柜进行柜内一级预处理后，然后送入U23分析仪进行分析测量。

    3.1　采样单元

    烟气采样采用的是直接抽取法，其解决的主要问题是烟气中水汽凝结问题，由于水汽凝结会导致溶水性污染物损失，造成测量的不准确，并且易形成腐蚀物质对仪器和烟气采样管道造成严重损害。

    烟气脱硫前的采样单元位于烟气进入吸收塔之前的位置，主要有以下设备：烟气取样探头、流量变送器、压力变送器、烟尘仪以及PT100温度原件。其中流量变送器、压力变送器、烟尘仪是对所需的参数进行测量后转换成4～20mA信号后传输至CEMS分析柜中。

    烟气取样探头在取样后，将烟气通过伴热管送至预处理单元。烟气脱硫后的采样单元位于吸收塔出口处，主要设备除以上设备外还有氧化锆氧量分析仪。

    3.2 预处理单元

    预处理单元大部分位于CEMS分析柜中，主要是将取样烟气气态污染物进行颗粒过滤、样气保温传送、冷凝除水、二次颗粒物过滤等一系列处理过程。

    在烟气取样时，烟气首先要经过取样探头的过滤，取样探头中的过滤器首先将样气中大于2μm的烟尘颗粒过滤掉。同时，为保障烟气中的烟尘大量在过滤器上富集，在探头过滤器附近装有反吹装置，定期对探头进行反吹，以延长探头过滤器的使用寿命。

    原烟气温度在120℃以上，且原烟气测点与CEMS分析仪之间有一点的距离，为保障烟气在传输过程中不凝结水，在烟气传输时就必须采用伴热管传输烟气。

    经脱硫塔净化后的烟气含湿量大、烟温低，极易结露，影响气体检测精度。因此在，样气取样探头后还拥有二级除水装置。冷凝器主要是将样气进行冷凝除水保证烟气的干燥性，防止接触空气腐蚀一级预处理设备。

    过滤器是用来对样气进行过滤的必备设备，用在样气分析前的处理中，能除去样气中所含的粉尘及杂质，延长分析单元的使用寿命。

    3.3　分析单元

    分析单元的主要器件为西门子ULTRAMAT 23红外分析仪。

    红外光源发射出红外线，由马达带动切光器调制红外光源频率为81/3Hz。这种红外光谱法是以非分散性IR辐射的吸收为基础的。测量相关波段红外线的衰减幅度即可测量相应气体的浓度。

    分析仪红外通道的操作模式如图2所示。

    1：红外光源；2：反射器；3：切光片；4：马达；5：样品池；6：窗口；7：第一检测器；8：第二检测器；9：第三检测器（耦合器）；10：毛细管；11：微流量传感器；12：滑块。
 

图2 红外通道的操作模式

    分析仪器的数据准确性和长期可靠性。为达到系统可靠运行，在本单元中设置了样气流量低、冷凝器温度高、反吹压力低等多项报警装置 ，能自动发出故障信息通知用户及时进行维修处理。

    4　CEMS系统频发性故障及原因分析

    CEMS参数的准确行直接关系到排放是否达标，运行人员能否正确进行各类设备的操作， 保证设备的稳定运行。

    4.1 频发性故障如下

    （1）分析仪测量烟气流量低

    （2）测量参数与实际指示偏差大

    （3）测量管路内积水

    4.2 原因分析

    （1）分析仪测量烟气流量低

    取样探头堵塞；

    抽气泵污染进水或抽气泵故障；

    三通流量计故障或进水堵塞；

    冷凝器故障；

    分析柜内校准电磁阀故障；

    最严重情况：取样管路堵塞。

    （2）测量参数与实际指示偏差大

    分析仪气室故障或氧电池故障；

    发生测量参数零点和量程漂移现象；

    取样一级预处理过程中漏入空气。

    （3）测量管路内积水

     取样管路电伴热故障；

     蠕动泵故障；

     烟气中含水汽量过大 。

    4.3 针对以上问题分析及处理的方法

    （1）分析仪测量烟气流量低

    对探头滤芯、管路进行检查清理，定期进行探头吹扫，尤其是净烟气探头要增加吹扫次数。

    抽气泵故障，主要是抽气泵垫片污染，垫片污染之后，容易导致进气口吸力变小，甚至导致样气逆流。抽气泵污染的主要原因是样气中的粉尘和水份在抽气泵的膜片上凝结混合，从而导致抽气泵垫片污染。

    检查流量计是否污染，污染原因为一级预处理不能完整的将烟气中的水分了隔离，造成水分污染流量计造成烟气不畅通，必须解体流量计进行全面处理方能保证烟气的畅通性。

    冷凝器故障又分为以下三类：温度数值跳动、冷凝器堵塞以及冷凝器不制冷。温度数值跳动将导致冷凝器持续制冷，易使冷凝器管路结冰，这将使烟气流量降低，使得数值测量不准确。这还将导致玻璃管路冷热不均，易使玻璃管破裂。冷凝器不制冷，使得高温样气进入气室，使气室超温，造成气室损坏甚至仪表损坏。冷凝器是CEMS系统中一级预处理重要的一个环节，因此对于#5、6机组重庆川仪制造的冷凝器故障频出，必须进行改造保证整个一级与处理的稳定性，如图3所示将原冷凝器改造为双腔二次冷凝大功率冷凝器。

    因所抽取的烟气先经过分析柜内三通校准电磁阀再到冷凝器入口。因长时间直接接触未冷凝含水量大的烟气，造成三通电磁阀内橡胶密封圈膨胀过大，堵塞应畅通管路，造成烟气堵塞。最好方法更换PVC式三通电磁阀或随时将备品配件中密封圈进行替换，只要替换出的密封圈晾晒两到三天，就能恢复正常可以循环使用。

    所有故障现象中最严重的问题就是取样管路的堵塞，但只有原烟气能够造成堵塞现象。所说问题严重性是因为无法从视觉中观察到堵塞位置在何处。

    造成堵塞的原因：电伴热不工作或电伴热预留延长线没有达到正常工作要求，电伴热在取样管的两端都应该预留至少1米的距离，从而保证取样管路全路段都在加热范围内。当原烟气抽取出来温度很高，没有电伴热的加热在取样管路中冷凝成水混合烟气中的灰尘造成堵塞取样管路，如果不能判断出堵塞位置在何处，只有全部更换取样管路。
 

图3 冷凝器改造前后图片

    （2）测量参数与实际指示偏差大

    检查分析仪气室是否污染，如气室遭到污染清水进行反复清洗，提高分析的准确度。如果氧电池无法通过空气和标气进行标定校准或者测量电压低于6MV时氧电池必须进行更换.

    按照国家标准要求，仪表测量数值和标气标定数值最大不能超过测量量程的2%，如参数与实际偏差大分别进行零点和量程校验，直至符合标准要求。流量、压力变送器应定期进行反吹，防止造成取样管路堵塞。烟尘浓度仪应安装在负压区，否则易污染探头，压缩空气进行吹扫，定期进行校验。

    根据氧含量来对一级预处理管路以分段排查法进行查漏，分段进行排查漏气点，防止漏气造成参数不准。

    （3）测量管路内积水

    检查伴热带工作是否正常，温度元件、自动控制仪表仪表是否正常，控制仪表的设定值应设定135℃～140℃之间，当电伴热温度低于100℃时，管路内就会冷凝成水。发现问题要及时处理；检查蠕动泵工作是否正常，蠕动泵管是否因长时间工作缺少弹性造成漏气现象，要及时进行维护更换。

    净烟气因为从吸收塔中直接出来烟气凝结水量比较大，超出冷凝器最大脱水能力，对一级预处理设备造成很大维护工作量，此时就需要进行改造，在一级预处理前增加“气水分离器”如图4所示。减少烟气中含水量，给冷凝器减负。

    5　系统维护基本要求

    5.1　取样探头

    取样探头是用来加热、过滤烟气的，其加热温度一般控制在130~150℃，探头内置有陶瓷粉末滤芯，是由来过滤烟气中的杂质，过滤芯需要定期反吹、清洗、更换，一般使用弱碱性液体进行浸泡清洗后再用清水清洁并晾干。
 

图4 增加气水分离器

    5.2　取样复合管

    在采样管内有电伴热，目的是为了提高烟气温度，使烟气内的水分完全汽化，防止SO2溶入水中，产生测量误差。所以要求温度控制到135℃～140℃之间。自限温的需要进行温度控制，加热温度一般很高，温度控制系统要保证可靠，防止造成管线烧损，日常维护过程中需要检查两端加热温度是否一致，定期需要检查管路中间加热情况，如果发生仪表参数跳变也可能是这一原因。

    5.3　冷凝器

    为防止样气水分进入分析仪，造成气室污染，应定期清洁，否则时间一长，冷凝管会堵塞，还要关注冷凝器的运行情况，看温度。冷凝器玻璃管太脆容易损坏，在拆装时不能使用蛮力，必要时可使用木制工具拆卸，在冷凝器上还有一个用来控制温度的温控器，当温度低于3℃时不进行冷凝当温度高于7℃时启动冷凝。

    5.4 取样抽气泵

    集样气的动力源，一般我们需要检查采样泵的接头是否松动泵膜需要定期进行清洗，否则会造成堵塞损坏泵体。采样泵外壳塑料制成，在拆装时掌握好力度，防止接口断裂，同时要定期进行清洗，保持泵出力满足最低流量（1.5L/Min）要求。通过维护发现采样泵使用寿命最多半年，所以定期更换是必须的。

    5.5　蠕动泵

    冷凝器冷却的水通过蠕动泵排出，一般蠕动泵管容易破裂或脱落，因此我们必须坚持每天检查，并定期更换；蠕动泵电机内有大量的油脂，而环境中的SO2等会与其进行部分反应，造成变质，需要定期拆开用汽油清洗并更换油脂。如果发现蠕动泵管内部冷凝水有回流现象，证明泵管有漏气现象，必须进行处理，防止造成冷凝器失效仪表进水。

    5.6　气体分析仪

    由于长时间使用，分析仪会发生零点漂移，所以我们要定期校准分析仪，标况下可以每半年校准一次，但因为工作环境差，我厂现每个月校准一次，CEMS房内的空气不流通，温差变化大，对分析仪有一定的影响，所以必须坚持每天巡视，保证空调工作正常。

    5.7　烟尘仪

    烟尘仪自身配备反吹系统，在定期巡检时需要检查反吹的工作状态，如果长时间不工作，就会造成探头污染甚至损坏，另外要定期清理烟尘仪镜片，防止积灰过多造成测量误差大。

    5.8　流量温度仪

    在运行过程中，由于环境湿度大，探头容易结垢，长时间不清理会造成测量偏低，日常定期清理是目前CEMS系统最大的工作量，也是后续需要调研解决的问题。

    6　结语

    为规范我公司环保设施日常管理工作，提高环保设施管理水平，进而提高环保设施的健康运行水平，结合公司实际情况，通过对日常管理工作进一步细化、检查、监督，全面提升环保设施管理水平。

    工作人员要对环保数据的逻辑性进行掌握，以便于检查各污染物的排放数据的真实性。每天对环保设施参数及曲线进行检查分析，每日上报生技部环保设施异常情况汇报表。每天巡检#1~6运行机组CEMS在线监测系统运行情况，当发现CEMS系统故障造成数据异常时，及时消除故障做好记录，并通知运行人员。

    每周一打印上周#1～6机组环保数据历史曲线，打印历史曲线电子版报送生技部（环保专工处）。

    每月对#5、6机组CMES系统原烟二氧化硫、氮氧化物表计进行一次校准零点及量程标定，保存校验报告（一年）。

    当发现第三方运营的净烟气CEMS系统、上传设备等发生故障时，及时通知生技部并联系第三方运营公司进行维修。

    本文结合公司#5、6机组CEMS运行情况及检修经验，概述了CEMS系统的易发故障及解决方法，对以后CEMS系统控制系统维护及技术改造具有重要的指导意义。

    参考文献：

    [1] 黄书华, 孙友文, 刘文清, 汪世美, 谢品华, 司福祺. 基于非分散红外光谱吸收法的SO2检测系统研究[J]. 红外, 2011, (12) : 10 – 14.

    [2]火电厂湿法烟气脱硫技术手册, 中国电力出版社[Z].

    [3] 蒋思国. 石灰石—石膏湿法烟气脱硫技术及其应用[D]． 成都: 西南交通大学, 2007.

    [4] 西门子. ULTRAMAT 23红外分析仪说明书[Z].

    作者简介

    张泽巍（1980-），男，山东淄博人，中级技师，本科，现就职于华电淄博热电有限公司，主要从事电厂生产管理方面的工作。

    摘自《自动化博览》11月刊