西门子烟气自动监控系统优化

林灶发，邓光南

（福建华电漳平火电有限公司，福建漳平 364400）

西门子烟气自动监控系统优化

林灶发，邓光南

（福建华电漳平火电有限公司，福建漳平 364400）

针对福建华电漳平火电有限公司西门子烟气自动监控系统（CEMS）存在的SO2质量浓度显示值不准确、零点漂移大等问题，对标定系统、冷凝器排水系统及吹扫系统进行了优化改进，优化后CEMS运行的稳定性及测量的准确性大大提高，保障了机组安全、稳定运行。

火电厂；烟气自动监控系统；标定系统；冷凝器排水系统；吹扫系统；优化

0 引言

随着经济的快速发展，我国因燃煤排放的SO2和NOx急剧增加，造成严重的环境污染。国家制定了相应的法律法规，加大对电厂烟气污染物排放的考核力度，GB13223—1996《火电厂大气污染物排放标准》中对火电厂安装烟气排放连续监测系统（CEMS）进行了强制规定，之后的相关法规政策及技术规范逐步强化，现在CEMS成为我国火电厂必备设备。近99%电厂的CEMS数据已通过宽带、光纤或无线方式上传到省、市级环保主管部门和电力调度中心［1］。

1 机组概况

福建华电漳平火电有限公司（以下简称漳平火电公司）建设规模为2×300MW循环流化床锅炉机组，配置东方锅炉（集团）股份有限公司生产的DG1025／17.4-1118型亚临界参数循环流化床汽包炉，其特殊的燃烧方式大大减少了燃煤电站SO2和NOx的排放。循环流化床锅炉脱硫是一种炉内燃烧脱硫工艺，以石灰石为脱硫吸收剂，燃煤和石灰石自锅炉燃烧室下部送入，一次风从布风板下部送入，二次风从燃烧室中部送入。石灰石受热分解为CaO和CO2，气流使燃煤、石灰石颗粒在燃烧室内强烈扰动形成流化床，燃煤烟气中的SO2与CaO接触发生化学反应被脱除。为了提高吸收剂的利用率，将未反应的CaO、脱硫产物及飞灰送回燃烧室参与循环利用。钙硫比达到2.0～2.5时，脱硫率可达90%以上。流化床燃烧方式的特点是：清洁燃烧，脱硫率可达80%～95%，NOx排放量可减少50%；燃料适应性强，特别适合中、低硫分煤；燃烧效率高，可达95%～99%；负荷适应性好，负荷调节范围为30%～100%额定负荷。

脱硫工作原理为：循环流化床锅炉燃用煤中所含的硫与氧发生反应后形成SO2，SO2与煤灰中的CaO或添加的石灰石发生反应，从而可以在炉膛内直接脱硫。加入炉膛的石灰石分解形成CaO，然后与SO2反应生成CaSO4。该反应的最佳温度为850～910℃，在较大负荷变动范围内炉膛温度将控制在850～910℃；同时，该锅炉采用分级燃烧方式及相对较低的炉膛温度，可以最大程度降低NOx的排放。除尘采用电、布袋除尘器，除尘效率可高达99.9%。烟囱高210m，2台锅炉的烟气由两侧烟道进入烟囱排出，烟气流动性好。由于两侧烟道工况类似，CEMS共用一间分析小室，监测SO2、烟尘及NOx的质量浓度，附带测量烟气温度、烟气量、流速、压力、水分、烟气含氧量等。工程于2008年开工，2台机组分别于2011年7月和2012年4月投产。

2 CEMS组成

漳平火电公司CEMS由西门子公司生产的U23多参数（SO2，NOx，O2等）烟气分析仪、烟气预处理装置以及数据采集处理子系统等组成。CEMS设备按照安装布置分为烟道现场部分和仪器间部分。烟道现场设备包括直抽取样探头、烟尘监测仪、烟气温度监测仪、烟气压力监测仪、烟气湿度监测仪和烟气流速监测仪；现场仪器和仪器间通过烟气采样伴热管和电缆连接，负责气体、电源和信号的传输。仪器间的设备包括烟气预处理装置、分析仪器、工控机、气瓶等。CEMS由烟尘监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、系统控制及数据采集处理子系统组成［2］，如图1所示。

图1 在线监控数据采集连接拓扑图

3 西门子CEMS优化

CEMS运行一段时间后，设备偶尔会出现故障（特别是在雨季或空气湿度较大时），如SO2质量浓度显示值长时间很小或为零、数据长时间不变化（死机）、零点漂移大等。针对设备的异常状况，漳平火电公司技术人员曾到厦门华夏国际电力发展有限公司进行专题调研，发现该公司3套西门子公司生产的CEMS存在同样的问题。为此，漳平火电公司组织相关人员成立了课题组进行攻关，对存在问题进行认真分析、研究，寻找一切可能造成设备异常的原因：设备系统自身稳定性及其他外因；采样气体管路不严密，采样探头泄漏，蠕动泵、冷凝器等各个环节工作不正常。同时，还对标定系统、冷凝器的排水系统及电磁阀吹扫系统进行了优化。

3.1 标定系统优化

西门子CEMS在应用过程中曾出现零点漂移的情况，连续几天对西门子分析仪自动调零情况进行跟踪检查，发现分析仪空气自动调零后，零点忽大忽小。如＃6锅炉CEMS测量数据在低值时（小于50 mg／m3）显示值为0，曲线出现异常。每次分析仪自动调零后，分析仪后台SO2质量浓度显示值会出现负值，甚至达到-50mg／m3。根据此现象，课题组成员自行技术攻关，最终查明是背景气中干扰组分造成了测量误差。干扰组分是指与待测组分特征吸收波带有交叉或重叠的其他组分，如空气中的水分干扰。水分广泛存在于工艺气体中，生产状态的变化以及环境温度、压力的变化，都会使进入分析仪中空气的含水量发生变化。水分在1～9μm波长范围内几乎有连续的吸收带，其吸收带和许多组分特征吸收波带重叠，当两者的吸收波带重叠时，即使采取前述措施，也难以消除水分干扰带来的测量误差。由于空气中水的含量会随时变化，所以很难估计其对测量误差的影响。为了消除空气中水分的干扰，对标定系统进行改进，在采样空气前端增加电子制冷器，对采样空气预先进行干燥处理。1年多的现场应用表明，改造后分析仪零点稳定，较好地排除了零点漂移故障。

3.2 冷凝器排水系统优化

实际工作中，SO2质量浓度测量值有时很小甚至为0，过一段时间又正常。用标准气体检查气体分析仪显示正常，零点校准也正常，初步分析原因为样气有时带有水汽。怀疑蠕动泵泵管老化，更换泵管后故障依旧，继续跟踪观察，发现冷凝器的冷腔至蠕动泵的排水系统异常。冷凝器系统采用双冷腔制冷，两路冷腔管的排水并接在一起后通过单台蠕动泵U形接至蠕动泵进水端进行排水，冷凝器冷腔排水管至蠕动泵的进水端管路较长，阻力较大，蠕动泵排水能力降低，冷凝管排水不畅造成积水，甚至偶尔有水珠被吸入分析仪，严重影响分析仪正常运行。新安装时，蠕动泵泵轴、泵管较新，蠕动泵出力较大，冷凝器排水系统正常，蠕动泵泵轴稍微磨损后就会出现排水时而正常、时而不正常的故障。冷凝器排水系统异常不仅会造成测量数据超差，而且会损坏价格不菲的仪器设备。针对该问题对冷凝器的排水系统进行改进，增加1台蠕动泵，将冷凝器原双冷腔制冷的单路排水系统改为双冷腔制冷的双路排水系统，缩短排水管长度，将冷腔的排水管直接跨接至蠕动泵的进水端。一段时间的现场应用证明，改造后效果良好。

3.3 吹扫系统优化

西门子CEMS应用一段时间后（一般2年左右）还多次出现氧的体积分数、SO2质量浓度、烟尘颗粒物质量浓度忽大忽小的现象，氧的体积分数变化范围为5.43%～17.48%，SO2质量浓度变化范围为0～25.29mg／m3，烟尘颗粒物质量浓度变化范围为17.66～74.00mg／m3，烟气湿度、烟气流量也忽大忽小，不稳定且无规律。经分析，可能是监测系统测量管路偶尔蹿入空气，对蠕动泵管接头、电磁阀接头、三通阀接头、烟气采样探头等接头逐一进行排查，还是没有找出故障原因。再次对存在问题进行认真分析，寻找一切可能蹿入空气的设备并拆解反吹截止阀及采样探头等，最后发现故障原因为吹扫系统的反吹截止阀阀芯锈蚀。该故障只有在反吹截止阀动作且刚好检查到该部分时才有可能被发现，而反吹截止阀动作为几小时1次且每次只有几分钟，因此该故障较难被发现。针对该问题对吹扫系统进行改进，因原反吹截止阀阀芯的材质为铁，而采样管路内样气含有的SO2具有腐蚀性，会慢慢腐蚀反吹截止阀阀芯，造成反吹截止阀阀芯生锈、卡涩、关闭不严，吹扫空气偶尔漏入样气管路，导致分析结果不准确。将原反吹截止阀阀芯改为聚四氟乙烯材料，较好地解决了该问题。

4 结束语

一年多的运行表明，改进后CEMS运行的稳定性及测量准确性都大大提高，较好地解决了测量系统漂移等问题，提高了脱硫设备CEMS测量数据的准确性，有利于火电厂运行人员及时调整与监控脱硫、除尘等环保设施的运行状态。

［1］DL／T960—2005燃煤电厂烟气排放连续监测系统订货技术条件［S］.

［2］HJ／T76—2007固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法［S］.

（本文责编：刘芳）

TM621.6

B

1674-1951（2015）09-0011-02

林灶发（1971—），男，福建漳平人，维修部副主任，工程师，从事电厂自动化设备应用等方面的工作（E-mail：13860273991＠163.com）。

2015-03-30；

2015-08-27

邓光南（1964—），男，福建漳平人，高级技师，从事电厂热控设备维护、检修等方面的工作（E-mail：dengguangnan＠sohu.com）。