脱硫烟气分析系统的故障分析及对策——以宜宾黄桷庄电厂脱硫烟气分析系统为例

陈光云 李 雷

（华电四川发电有限公司宜宾分公司，四川宜宾 644600）

黄桷庄电厂2×200MW机组脱硫系统采用的是两炉一塔石膏湿法脱硫，其烟气分析系统自2006年12月正式投入运行.在脱硫投运初期一年多，脱硫系统运行正常，烟气分析系统运行稳定，故障较少.后来由于脱硫GGH系统（烟气换热系统）不能正常运行被拆除后，净烟气温度由原来的70℃左右降到45℃左右，烟气湿度明显变大，烟气分析仪运行环境明显改变，经常出现故障报警、露点报警、S710红外分析仪显示数值不正常、分析仪零点漂移严重、分析仪样气分析室水污染等故障情况，造成黄桷庄电厂3套S710烟气分析仪因故障无法现场维修而多次返送制造厂家进行维修处理.同时，#21、#22炉净烟气分析仪的连接管路和部分配件也因腐蚀严重而多次造成设备损坏，取样管路泄漏或堵塞，取样头堵塞，严重影响分析数据的准确性、稳定性和可靠性.而分析仪器频繁出现故障，又将影响烟气数据分析的连续性，给实时营销系统、环保数据的实时传送和脱硫系统的正常运行带来较大的困难.

为提高分析系统运行的准确性、稳定性和可靠性，笔者在此就黄桷庄电厂烟气分析系统运行中的故障进行分析讨论，以此与同行人员共同探讨，互相交流，希望能对解决同类问题有所借鉴.

1 烟气分析仪的基本结构及原理

黄桷庄电厂的CEMS分析系统使用的是西克麦哈克（北京）仪器有限公司生产的SMC-9021型CEMS（烟气排放连续监测）系统，它包括取样单元、样气传输单元、样气预处理单元、样气分析单元、颗粒物分析单元、其他气体参数测量单元、DAS系统(数据采集与处理系统)等几个设备组件及流速测定仪、压力变送器、温度变送器、湿度变送器和SMC-900数据系统.

1.1 取样单元

黄桷庄电厂烟气取样单元采用的是SICK公司生产的SMB-202型取样探头，取样探头主要是用来对脱硫后的烟气进行过滤采样，其中有一个陶瓷滤芯及三个不同规格的“O”型圈，其陶瓷滤芯容易堵塞，需要经常更换.这种取样探头上除了样品气输出口外还有一个口，那就是反吹/校准口，反吹/校准口可以作为反吹口用（目前黄桷庄电厂烟气取样单元反吹用的是取样口），它还可以做为校准口用.校准有两种不同的校准方式，一种是仪器校准，就是只对S710分析仪器进行校准；一种是系统校准，就是标准气由反吹/校准口进入，由取样口出来，再经过传输管进入样气预处理单元，最后进入 S710主机进行校准.系统校准的目的是确定系统的采样速率，并且由气路确定或修正系统测量误差.

1.2 样气传输单元

样气传输单元使用的是 SICK公司生产的SMB-203型复合伴热管线，其作用是对采进来的样气进行加热传输.传输管路一共有两根，系统校准时一根进，另一根出，正常运行时可互为备用.

1.3 样气预处理单元

样气预处理单元是保证样气分析单元正常运行的最重要的部分，只要把这部分工作做好了，整个系统正常运行就能有效的得到保障.黄桷庄电厂使用的样气预处理单元是SMC-9021型系统柜，样气预处理单元主要是对取进来的样气进行冷却脱水、过滤处理、气液分离、流量调节.

1.4 样气分析单元

样气分析单元（见图1）是SICK公司生产的S710系列红外线气体分析仪.它的测量原理是将单波长的单红外光源分成两束光，其中一束透射标准（参比）气室，另一束透射工作（样气）室，进行比较算出所测样气的成分含量，标准气室里所充标准气是纯净的氮气.通过这种方法可以检测出SO2和NOX（其工作波形图见图2），而氧含量主要是通过顺磁法和电化学法测量的.

图1 样气分析单元

图2 工作波形图

图3 工作气室与标准气室

1.5 颗粒物分析单元

黄桷庄电厂使用的颗粒物分析单元是SICK的FW300粉尘浓度测量仪.该测量仪是发射光源穿透分析气体并从对面的反光镜反射回光源发射器，通过测量反射回的光束率就可检测出分析气体的颗粒物含量.

1.6 其他气体参数测量单元

其他气体参数测量单元由压力、温度、湿度变送器、流速测定仪组成.黄桷庄电厂目前使用的流速测定仪是热式气体质量流量计，其它的温度、压力等设备与常规仪表一样，这里就不再叙述.

1.7 DAS系统(数据采集与处理系统)

该系统是通过一台上位机与固定程序对各项参数进行采集处理并生成报表，可供存档或者打印输出.

2 运行中常发生的故障分析及对策

由于黄桷庄电厂脱硫GGH系统（烟气换热系统）不能正常运行被拆除后，净烟气温度由原来的70 ℃左右降到45 ℃左右，烟气湿度明显变大，烟气分析仪运行环境明显改变，造成烟气分析系统长期处于大湿度烟气环境中运行，改变了原来设计的工作环境，必然伴随较多的故障发生.现在就黄桷庄电厂烟气分析系统时常发生的故障进行分析，谈谈所应采取的对策.

2.1 测量值不正确：SO2、NO数值偏低或O2数值偏高

造成SO2、NO数值偏低或O2数值偏高的原因有很多，具体分析如下：首先可以判断是有空气从取样管外部向内漏，其漏点位置肯定是样气抽气泵进气前的管路（负压管路）漏气.其可能的漏点位置有：一是蠕动泵泵管损坏，造成漏气.采取的对策只能是直接更换泵管.二是抽气泵前各取样管路的接头松动或管路腐蚀断裂以及接头破裂.采取的对策是直接更换破裂的管路紧固接头，使其密封严密即可.三是取样探头滤芯密封圈损坏.采取的对策是更换密封圈.四是取样探头外反吹接口漏气.采取的对策是重新密封取样探头外反吹接口使其严密不漏气.五是反吹电磁阀或采样电磁阀漏气.采取的对策是紧固各连接螺钉或接头，否则应更换相应的电磁阀.六是抽气泵泵膜损坏漏气.采取的对策是购买备用泵膜更换已损坏的泵膜，必要时需直接更换抽气泵.

2.2 样气流量低

造成样气流量低的原因也很多，可以判断是抽气泵故障或抽气泵前、后取样管路堵塞或抽气泵后管路向外漏气造成.具体故障点位置可能是：一是抽气泵故障或气路正压部分管路漏气.检查方法是首先将制冷器一级缸出口管接头拆开，如果流量仍然很小，可以判断为正压部分漏气或堵塞.如果抽气负压偏小，再将抽气泵出口管拆下，此时现象如仍未改变，则抽气泵发生故障.采取的对策是疏通或更换堵塞的管路，若抽气泵故障则处理好故障或更换抽气泵.二是冷凝器二级缸排水管中气阻损坏或丢失造成漏气.采取的对策当然是更换好气阻.三是前面板手动阀门在取样测试位置.对策就只需要转换到旁路放空位置，同时调整好旁路放空流量即可.四是气路堵塞，对于气路堵塞的判断可以根据运行收集的参数曲线图（见图4，图5）相比较就可直观的看出.产生气路堵塞的部位可能有探头滤芯堵塞、冷凝器缸体堵塞、恒温阀箱处的三通堵塞、流量计针阀堵塞，流量计管壁粘连堵塞、浮子脏堵塞、冷凝报警弯头堵塞.采取的对策是疏通堵塞位置或直接更换不能疏通的部件（如采样探头滤芯）.对于冷凝器堵塞的疏通办法：可以先用热水灌入冷凝器内以后适当加压使进出口能有液体流通，然后在热水中加适量的碱性洗涤剂清洗疏通冷凝器即可.五是系统工作时面板上的校准三通阀切换到“校准气通”的位置，此时样气无法进入分析仪表，只与校准气口相通，流量显示几乎为零.这时只要将校准三通阀切换到“校准气断”的位置即可.

图4 气路堵塞、正常时SO2曲线比较

图5 气路堵塞、正常时O2曲线比较

2.3 S710显示数值与工控机或DCS不对应

产生这种现象的原因有以下几种情况：一是S710模拟输出参数量程设置与工控机或DCS设置不匹配.在出现这种情况时一般的办法是修改模拟量输出参数设置或修改DCS及工控机的量程，使之与 S710互相匹配.具体的修改办法要根据整个系统环节来确定，如黄桷庄电厂的烟气分析系统输出参数是同时送环保部门、实时营销系统、DCS系统、工控机，若S710设置量程不合理而通过修改DCS系统及工控机的量程单位就会造成输出到环保部门和实时营销系统的参数不正确，这时就只能修改S710的量程单位与实际相符才能使参数正确.二是S710模拟输出通道故障.这种情况就需要进入硬件测试菜单，检查模拟输出是否正常，如果有偏差，可以使用模拟输出校准菜单校准输出电流值；如果是输出通道损坏，则需要更换到另一通道输出或返厂修理 S710主机通道.三是信号隔离器故障.出现这种情况时的现象是信号隔离器的输入与输出值不同，需要校验或更换信号隔离器.四是信号接混，或信号的+/-方向反了.这种情况一般是发生在安装调试阶段，系统正常运行后是不会发生这种情况的.

2.4 S710测量数值偏差较大

产生这种现象的原因有：一是 S710分析仪长时间未进行校准，测量值漂移.这时需要对 S710分析仪进行校准.黄桷庄电厂对烟气分析系统实行定期标定（每月至少1次）.二是分析仪器气室进水污染.产生这种情况时一般都是因为预处理单元脱水效果不好造成的，针对这种情况我们进行过多次攻关及技术改进.改进方法：

1）对进气管路进行改造（见图6，图7），改造之前气路是从上往下进入 S710主机，改造后气路是从下往上进入 S710主机，这样就可以防止气路中凝结的小水珠因重力作用直接进入 S710样气分析室（改造部分见图中蓝色线路）.

图6 烟气分析系统气路图改造前

图7 烟气分析系统气路图改造后

2）在样气进入S710主机之前再加一道阻水膜.

3）调节冷凝器的温度到合理参数.冷凝器温度调得过低就会造成冷凝器中脱出来的水结晶而堵塞冷凝器，若温度调得过高又达不到脱水的效果，这就需要我们在工作中寻找合适的温度范围.

这样改进后分析仪器气室进水污染的确有所下降，但效果不是十分理想.针对分析仪进水污染问题，提两点建议：

1）再加装一级冷凝脱水，提高脱水的效率.

2）更换新型的冷凝器，同样提高脱水效率.

总而言之，样气脱水问题解决了，分析仪进水污染问题也就从根本上得到了解决.三是分析仪主机部件损坏也会造成数值偏差较大，只要判断出主机部件损坏，唯一能做的就是将主机返回生产厂家进行维修处理.

3 系统存在的不足及改进方法

黄桷庄电厂使用的烟气预处理单元存在脱水效果较差，经常造成分析仪主机进水污染分析室的情况.SICK公司生产的S710主机，对于用户维护十分困难.S710工作气室被污染后，一般情况下都要返回生产厂家才能处理维修.而黄桷庄电厂在拆除脱硫GGH系统后，烟气湿度明显增大，而烟气分析系统的脱水效率没有同步增加，工作气室进水污染就更加频繁.下面谈谈针对目前所使用的样气预处理单元进行改造的办法.

1）一是在样气气动取样阀后加装水气分离器或者普通的空气过滤器，其目的是除尘及部分脱水；二是在抽气泵正压侧脱水后加装水气分离器，其目的是增加一级脱水和除尘，使目前的三级脱水增加为四级脱水；三是更换冷凝器.目前使用的冷凝器与新型冷凝器比较有以下几点不足：

首先，我们使用的冷凝器排水管在冷凝器底部，加之冷凝器属于坐式安装，在安装和搬运的过程中容易出现将排水管压扁或损坏等现象，而新式冷凝器的排水管在正面下部，采用的是悬挂式，避免了这一问题.

其次，我们使用的冷凝器温度控制不稳定，制冷温度经常超过 5℃（技术要求的露点温度应控制在2-5℃），新式冷凝器基本恒定在3℃.另外，为了提高压缩机的效果，控制压缩机的温度在2-5℃，S710主机内水含量在8 000PPM以下，可以减小抽气泵旁路的流量，减小压缩机的负荷，但这样做的不足之处就是由于流速的减小，容易造成探头的堵塞，这就需要我们探索出合适平衡点.

2）黄桷庄电厂脱硫系统使用的流速仪是从美国进口的库兹流速仪，其最大的缺点就是耐腐蚀能力差.黄桷庄电厂使用的两台净烟气流速仪都已腐蚀断裂，不能使用.目前我们正在进行探索性改造，拟改造为毕托管流速仪.毕托管流速仪的优点是耐腐蚀能力强，价格便宜，安装使用方便，原理简单易懂.在此，希望同行有更好的经验方法互相交流.

3）该套系统维护材料设备较多，且费用昂贵.黄桷庄电厂为节约维护费用，在国内寻找类似SICK公司提供的维护材料，但效果不是十分理想.例如样气管路耐腐蚀问题比较突出，目前还没有很好的替代品.

4 结束语

该篇论文是在编写的培训资料的基础上整理而成，其内容的实用性在后来的工作中得到了充分验证.以此希望对黄桷庄电厂脱硫烟气分析系统的检修维护工作具有指导作用，对同类电厂的脱硫烟气分析系统的检修维护工作具有借鉴意义.

[1]杜长东，李见为，任海军.基于GIS的电厂管网管理系统[J].重庆工学院学报（自然科学版），2003（3）.

[2]王娟，吉晏平.FACTS装置在电力系统中的应用[J].重庆工学院学报（自然科学版），2007（10）.