西门子CEMS在神华国华北京热电的应用及故障分析

王晶晶

（神华国华北京热电分公司，北京 100025）

1引言。随着烟气污染防治等环保工作的推进，烟气排放连续监测系统CEMS成为了火力发电厂必不可少的设备。CEMS主要监测的数据有 SO2、NOX、CO、O2，这些烟气监测数据是环保部门进行排污核定和排污费征收等环境管理的依据，因此CEMS数据的准确测量直接关系到企业的经济效益和社会形象。神华国华北京热电分公司(以下简称北京热电)一、二单元脱硫系统、#1~#4炉SNCR以及SCR系统共有烟气监测装置10套，均采用西门子公司的ULTRAMAT 23分析仪表，烟气取样方式为直接抽取加热法。10套烟气监测装置从2000年12月至2010年5月之间相继投入运行，运行状况基本正常，但在运行的过程中也暴露出了一些问题，解决好这些问题是烟气监测系统稳定运行的保障。

2、西门子烟气监测装置系统说明。每套烟气监测装置都由气体采样、气体过滤、气体除水以及气体分析四部分组成。如下图

图1 ：气体流程图

2.1 气体采样

烟气经过采样探头和电加热采样管线由抽气泵抽取至分析仪表柜。采样探头（SP）：由连接法兰（DN65，PN6）探头取样、过滤器（碳化硅陶瓷2m孔隙）加热装置、温控器组成。取样管线：由PTFE样气管、电伴热加热带、保温层及外防护层组成。采用PT100铂电阻测温通过温控器控制加热温度。为保证从取样点及分析柜传输样气过程中不出现样气冷凝现象，避免SO2损失及样气管畅通，取样探头及取样管线均采用加热方式；温度设定：120℃---160℃(在探头温控器及取样管温控器上设置)

2.2 样气过滤。样气过滤主要通过探头过滤器来完成，烟气通过探头过滤器后经过电加热采样管在进入分析之前经过过滤器再次过滤，分析柜内的保护过滤器也起到监视作用。

2.3 样气除水。样气进入分析仪前，通过压缩机冷凝器来对样气进行快速冷凝，经过致冷器后的样气将满足分析仪的进样要求。蠕动泵用于冷凝水的排放。致冷器的控制温度设定在＋5±2℃，当致冷器冷凝温度不在设定范围时，将输出报警接点，这时取样泵关断，以避免湿样气进入分析仪，从而对分析仪的单元部件造成污染。

2.4 分析仪原理。烟气的分析采用直接抽取加热法，测量原理：SO2、NOX采用红外线分析原理，基于不分光红外线吸收原理，利用一定波长的红外的吸收增减来测量气体的浓度值；O2电化学法，氧传感器是根据燃料电池的原理工作的，氧在阴极和电解液分界层发生变化，氧浓度值和两极间产生的电流成正比。

3、烟气监测系统缺陷统计。2007年至2011年06月，烟气监测装置共发生缺陷112条，从缺陷的类型来看，多数为取样管路堵塞，共有76条，其次为除水装置故障，共有18条，这两种缺陷的数量占了总数的83.9%。过滤装置故障和分析仪本身故障分别为11条和7条占16.1%，如图3所示：

图3

4 CEMS典型问题分析及故障处理

4.1 探头加热器不加热导致管路堵塞。

由于脱硫出口烟气的温度比较低且含有大量的水分，因此需要对烟气取样探头和取样管线进行加热。加热器的设定温度在120℃---160℃之间，夏天稍低，冬天稍高。温度的设定可在温控器上进行。北京热电二单元脱硫脱硫出口SO2显示偏低，取样气体流量变小。通SO2标准气体对分析仪进行标定，分析仪显示正常。将进入冷凝装置之前的取样管路通大气后，气体流量正常。从上述情况可以判断取样管路存在问题。

对取样探头进行检查，发现探头加热棒不热，且套管中有积水现象。检查加热器的供电情况，未发现异常。对温控器的控制回路进行检查，发现温控器的输出接点不通，调节温控器的设定值至最低，输出接点仍不能导通，由此判断温控器故障。更换温控器后取样探头加热正常。由于取样探头长时间不加热，取样管路前端温度低产生固体结晶，导致管路不畅，清理固体结晶后取样气体流量恢复正常。将取样管路投入运行后，SO2气体的含量也逐渐升高至正常测量值。

从上述的处理过程可以发现，由于探头加热器不工作，导致探头套管有积水，探头滤芯长期处于湿润状态，取样气体中的部分SO2与水和氧气反应，至使SO2的含量降低。取样管路温度低产生固体结晶，导致管路堵塞。

4.2 蠕动泵泵管老化泄气

北京热电一台ULTRAMAT 23分析仪表流量指示频繁波动。从流量指示波动的现象来看，产生波动的原因可能是管路中有杂质或者取样泵工作不稳定。按照图1的气体流程图进行分段排查。首先将取样从分水器前打开通大气，发现分析仪表流量指示仍然波动，然后取样从抽气泵前边打开通大气，流量指示显示正常，不再波动。从而排除了采样管和抽气泵及泵后设备的问题。将分析仪进行对空标定，电磁阀Y1切换至新鲜空气一路，标定的过程中气体流量指示波动的现象又出现了。根据气体流程图判断出制冷器冷腔B至蠕动泵之间的设备存在问题。

对蠕动泵进行检查的过程中发现，蠕动泵泵管有细微的裂纹，致使蠕动泵转动的过程中，挤压到泵管破裂处时，有空气泄露，气流产生波动，见图2。更换泵管后流量指示显示正常。从蠕动泵泵管出现裂纹的情况可以看出，由于蠕动泵运行过程中，泵管被不断的挤压排水，使泵管产生磨损，泵管中的水中含有腐蚀性物质，对泵管有一定的腐蚀作用，加速了泵管的老化，最终导致泵管老化破裂。

图2

4.3 其它故障处理

4.3.1 过滤器积尘变色

样气杂质多是积尘的主要原因，容易使探头过滤器损坏，应对积尘进行清楚。制冷器的温控器故障以及蠕动泵不工作都会导致排水系统不畅，体现出的现象是过滤器变色，严重的情况是过滤器进水，如不及时处理将会使分析仪进水，导致分析仪表损坏。

4.3.2 氧测量浓度偏大。O2的测量值偏大时，说明整个测量回路里有漏气的情况，应对取样探头、气体排水系统进行检查，检查取样处是否有漏气现象，蠕动泵工作是否正常，管路各连接头是否有松动现象。

4.3.3 分析仪检测组分失效。分析仪中的各烟气检测室组分都有一定的使用寿命，到达使用寿命后，将会使测量值无法显示，直至失效。因此需要根据检测室的诊断值判断其使用情况，到达使用寿命时进行更换。

5 日常检查及维护建议

5.1 检查过滤器:如有变色或滤芯上有颗粒物时，予以更换并检查原因。

5.2 流量检查:检查分析仪U23上的流量指示,如果U23上出现"样气流量低"故障报警，应及时检查样气流路是否有堵塞现象。

5.3 致冷器检查:检查致冷器上的温度指示是否正常。

5.4 蠕动泵检查:检查蠕动泵工作是否正常。

5.5 储液罐检查:检查储液罐内冷凝水积存情况，积水倒水。

5.6 操作状态检查:检查分析系统应处于"自动"运行状态。

5.7 温度检查:检查探头温控器、取样管温度控制器是否工作正常。环境温度是否正常。

5.8 检查分析仪记录信息

6 结论

随着国家环保部门对烟气排放要求的提高，以及核查力度的加大，电厂烟气连续排放监测系统CEMS的稳定性和准确性及其重要。作为CEMS的使用者和维护者，在掌握其使用方法的同时，要提高问题的故障判断和处理水平，缩短处理问题的时间，避免企业因烟气排放问题遭受经济损失。

[1]雪抱尘.结合环境监测实际 传授环境监测技术.[M]河北科技大学学报.2004-12-25.