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案例详细
标题关于烟气在线监测装置SO2周期性异常的分析与处理
技术领域仪器仪表
行业
简介本文针对目前电厂脱硫烟气连续排放监测系统（CEMS）中SO2数据周期性波动，通过对历史数据曲线分析排查，发现取样探头温控仪故障导致取样探头加热器无法加热，烟气中水分遇冷凝结在管壁，管壁中的水分平时吸收烟气中的SO2 ，导致测量值偏低，待水珠汇聚变大流入下面带加热的取样管中后，水中溶解SO2的集中释放，导致数据在短期急剧上升，蒸发释放完后回归到原来的水平，形成这样一个周期性吸收和集中释放的过程。可见烟气取样管道温度保护环节在烟气测量中的作用非常重要。
内容










朱  珂 （1978-）
男，工程师，2002年毕业于郑州大学， 研究方向为电厂热控系统。

摘要：本文针对目前电厂脱硫烟气连续排放监测系统（CEMS）中SO2数据周期性波动，通过对历史数据曲线分析排查，发现取样探头温控仪故障导致取样探头加热器无法加热，烟气中水分遇冷凝结在管壁，管壁中的水分平时吸收烟气中的SO2 ，导致测量值偏低，待水珠汇聚变大流入下面带加热的取样管中后，水中溶解SO2的集中释放，导致数据在短期急剧上升，蒸发释放完后回归到原来的水平，形成这样一个周期性吸收和集中释放的过程。可见烟气取样管道温度保护环节在烟气测量中的作用非常重要。

关键词：SO2数据周期性异常；温控仪；周期性吸收和集中释放；取样管道温度保护

Abstract: This paper aims at analyzing the cyclical fluctuations of the SO2 data in flue
 gas desulfurization Continuous Emission Monitoring System (CEMS) in the current power 
plant. By thoroughly investigating the historical data,, authors find that the fault of 
sampling probe temperature controller may lead to the hearing failure of sampling probe 
heater, so that water vapor in flue gas, which normally absorbs SO2, condenses in the wall,
 which results in the low measured value. When the water in the wall grows larger and larger
, and becomes the  small currents, it will go to the following tube with heating. Meanwhile,
 the SO2 dissolved in the water is released, which results in data sharp rise in the short 
term. The data will return the original level after SO2 is released, which forms a cyclical
 process of uptake and concentration. Therefore, protection of flue gas sampling tubes plays
 a very important role in temperature measurement.

Key words: Cyclical abnormal of SO2 data; Temperature Controller; cyclical process of 
uptake and concentration; temperature protect sectors of sampling tubes

1 引言

    陕西省辖区内燃煤发电机组已于2008年1月底前安装烟气在线监测装置，并同时与陕西省环保局联网，经环保局验收合格执行脱硫电价（每度电1.5分），结算规定脱硫设施投运率在90%以上，电力公司对脱硫设施停运时间发电量不执行脱硫电价；脱硫设施投运率在80%-90%，所有发电量不执行脱硫电价，并处一倍罚款；脱硫设施投运率低于80%，所有发电量不执行脱硫电价并处5倍罚款；环保部门和电监部门发现烟气排放不达标、脱硫效率达不到80%或通过旁路排放烟气、故意修改在线监测数据的按照当年全部电量扣除脱硫电价。作为目前衡量脱硫投运率的关键参数原烟气SO2 、净烟气SO2 含量准确与否直接关系到企业脱硫电价执行情况，关系到企业全年经济效益。

    陕西国华锦界能源有限责任公司地处陕西北部，高原气候条件表现为昼夜温差大，寒冷气候较多，对脱硫烟气连续监测系统（CEMS）运行是一个严峻考验，从2008年9月开始，锦界#3机组原烟气分析仪中SO2 数据比其它几台机组偏低50~150mg/m3 ，且每次间隔3天到10天就出现一次数据快速飙升后缓慢回落，峰值高达3500 mg/m3 ，后又回落到原来的水平，每次持续时间大约1个小时，通过对仪表的全面检测校验未发现任何异常。

2 系统介绍

    陕西国华锦界能源有限公司烟气分析仪系统采用厦门华电环保工程公司成套组装产品，分析气体SO2 含量的烟气分析仪主机进口德国BUHLER公司BA-5000分析仪，其他附属采样设备均为厦门华电公司集成，设备运行可靠性不高，烟气取样伴热管路经常发生某一段不能加热的现象。由于该公司对北方市场很少涉及，技术人员对北方低温环境下仪表的运行设置缺乏经验，伴热管和烟气取样探头的温度设置均设置在80℃，一旦烟气中的水分饱和就极容易造成水汽凝结在取样管路的管壁上，烟气中含有的灰尘遇水粘附在管壁，慢慢积聚，最终导致管路堵塞，同时含有腐蚀性气体的湿气极易造成取样阀门的腐蚀漏气。后经技术人员维护后才发现此问题并纠正过来，之前出现的烟气分析仪取样管堵塞缺陷才得以解决。

    烟气取样管路安装示意如图1所示，烟气取样探头安装在烟道壁上，外壁有加热器环绕，加热器内装有温度探头，温度控制由就地控制柜内的温控仪控制，烟气取样管连接取样探头，管外附伴热管。样气通过烟气分析室内抽气泵把气样从烟道中通过烟气取样探头和烟气取样管抽到烟气分析室来，处理后进入分析仪得出SO2 含量。伴热管和加热器的作用就是防止烟气中的水分在管壁凝结。

3 异常描述

    2008年9月以来，3#机组原烟气SO2 数据偏低，同样的机组、同样的负荷和同样的煤质，其它原烟气测量结果一般在800 mg/m3 左右，而这台仪表测量数据只有650-750 mg/m3 之间 ，几次用标准气体检测仪表没有发现任何问题，校验数据见表1。

                                   表1

          指标
检测参数
检测气体
实际检测结果
检测标准气体
实际检测结果
SO2
空气（零点）
0．89 mg/m3
1534 mg/m3（满度）
1528 mg/m3
O2
空气（满度）
20.8%
高纯氮气（零点）
0.1%

    SO2 含量异常间隔10天一个周期，最后慢慢发展到三四天就出现一次数据异常峰值升高，尖峰能达到3560 mg/m3，大约1小时后慢慢又恢复到原来水平，数据异常升高期间用标准气体通入检测仪表也正常，更换仪表后故障还是没有解决，而氧含量指标一直正常。历史曲线如图2所示。

    核心提示：

    a) 运行机组未出现任何异常，所测参数是原烟气SO2 ，跟脱硫系统运行方式没有关系；

    b) 机组燃用锦界煤矿的原煤，原煤直接从输煤皮带进入各台机组原煤仓，不存混煤配煤造成的含硫量差异；

    c) 2008年9月以来，气温逐月下降，昼夜温差大，夜间最低气温达到-8℃,白天温度从18℃降到10℃。

                                   图2   历史曲线图

4 事故分析与处理

    从上面的情况来看，出现这种问题确实让人难以理解，在公司几年的维护经验中没有这方面的案例，厂家技术人员反映从未发现过类似现象，无法对症下药，查遍所有产品技术资料也没有相关的论述，问题只有通过排查法来研究分析。

思考1：烟气分析仪出现故障？

    用校准用的SO2 标准气体检测正常，甚至更换仪表也出现同样的情况，仪表本身出现问题的可能性基本排除。

思考2：取样污染？

    取样探头是不锈钢材质，取样管是聚四氟乙烯管，都是化学稳定性和耐温特性方面很好的材质。所以取样探头和取样管受热或受烟气腐蚀释放不明气体的可能性微乎其微。

思考3：取样管路有泄漏？

    如果取样管路有泄漏，平时数据偏低可以解释，因为抽气泵在烟气室内安装，管路内是负压，空气有可能微量渗入，但氧气指标正常无法解释，因为泄漏必然会使氧的数据增高，而且周期性的数据突升现象更是解释不了，取样管漏气这个因素也基本排除。

思考4：事情到此，似乎没有别的解释了，问题到底出在哪?

    分析这台仪表的的历史数据曲线图，截取一个一个周期数据来分析，平时烟气分析仪SO2 测量值低于烟气SO2 实际含量，而后每隔数天SO2 含量又出现一个小时的波峰，平时低的数据与周期性升高的数据相加再平均，得出的平均值大概就是700~780 mg/m3左右，接近其他三台机组的测量平均值，此数据表明：样气中SO2 总含量没变，那又是什么原因造成这个积累和释放的过程呢？

    经过分析得出的一个假设性结论：烟气中含的水分一定在管路的某个地方凝结了，这样溶解吸收烟气中SO2 形成亚硫酸，方程式为

    SO2+H2O＝H2SO3

    此化学方程式为可逆方程式，当凝结在管壁上的水珠慢慢增多，便汇聚成一滴流向下方有伴热管加热的区域开始蒸发，亚硫酸遇伴热带加热发生可逆反应，分解形成SO2 和水集中释放出来，形成烟气分析仪表SO2 数据的异常数据高峰，待蒸发完后，数据又可以恢复原数值，这样周而复始；因为烟气在线监测系统运行相对稳定，烟气中的水分视气候变化和本身含量影响，当天气一天天变冷，昼夜温差变大，凝结在取样管管壁上水珠的周期也相应缩短，管壁上水珠周期性的吸收和释放最终造成烟气分析仪SO2 数据周期性异常波动。 

思考5：烟气分析仪表架上温控仪显示的取样管路的伴热温度120℃，高于100℃，伴热正常，假设发生的化学逆变发生在哪个环节？

    温度探头反映的是处于加热正常的取样管区域温度，加之，以前厦门华电生产的烟气取样管质量较差，曾损坏过几次，为了排除这个疑虑，维护人员把整个取样管路勘察了一遍，发现烟气分析室内的一段大约1米长的地方的伴热管损坏外，其它区域都正常，但是由于室内恒温25℃，在这里烟气冷却凝结成水珠的可能性不大；进一步重点勘察室外处于低温环境下的取样管路，发现烟气取样探头处温度低，打开取样探头内测壁用滤纸擦拭，滤纸湿润，控制加热电源线电流偏低，诊断为温控仪坏，更换温控仪后，仪表数据恢复正常。至此，问题终于得以完美解决，同时也验证了上面的假设是正确的。

5 结论

    从上述异常分析来看，烟气取样过程中取样管的加热温度设置至关重要，但是大部分电厂烟气监测系统维护人员并没有认识到这一点，盲目认为把烟气抽进烟气分析仪就可以了，多数仪表成套厂家技术人员对这方面的认识也不深，培训很少涉及到这方面的内容，技术资料一般除了接线图和分析仪本身的说明书外，没有相关的资料涉及取样管温度方面的说明，尤其是在北方寒冷地区，外界温度非常低，伴热温度保护一旦出现问题，不单会造成取样管路堵塞、带腐蚀性的湿气腐蚀取样中的阀门造成漏气，而且还会会形成这样一个周期性吸收和集中释放SO2 的过程，造成SO2 测量数据的周期性异常，导致无法正确衡量机组的脱硫效率。通过这个案例再次体现烟气系统中取样管温度保护的重要意义。

其他作者：曾振兴（1977-），男， 2000年毕业于北京林业大学，研究方向为电厂分析仪表制造和应用研究。