浅析CEMS-2000S监测系统在脱硫生产中的应用

何 勇

(攀枝花钢钒有限公司炼铁厂,四川攀枝花 617000)

浅析CEMS-2000S监测系统在脱硫生产中的应用

何 勇

(攀枝花钢钒有限公司炼铁厂,四川攀枝花 617000)

CEMS烟气连续监测系统优选世界上成熟的先进技术,主要用来连续监测烟气中烟尘、二氧化硫及氮氧化物的排放浓度及排放总量。攀钢采用离子液循环法脱硫,完全直接抽取法测量。关键词：系统组成;故障分析;系统维护

1 引言

攀钢6#烧结机组脱硫于2008年12月建成投运,采用离子液循环法脱硫工艺,烟气连续监测系统使用的是聚光科技(杭州)公司生产的CEMS-2000(以下简称CEMS)系统。CEMS烟气连续监测系统优选世界上成熟的先进技术,测量采用完全直接抽取法,主要用来连续监测烟气中烟尘、二氧化硫及氮氧化物的排放浓度及排放总量。

2 脱硫CEMS烟气在线连续监测系统原理概述

2.1 脱硫CEMS烟气在线连续监测系统主要测量参数

SO2、NOX、O2、粉尘、温度、压力、流量;其中SO2、NOX、O2通过紫外气体分析仪监测;粉尘浓度、温度、压力、流量等参数通过安装在烟囱平台上的仪表监测。SO2、NOX、O2等紫外气体分析仪检测的参数直接由OMA2000气体分析仪表通过232串口传输到CEMS(计算机数据处理系统)。现场平台上的测量参数通过数据采集模块转换成485信号,然后通过485接口传输到CEMS(计算机数据处理系统);通过CEMS软件对数据进行处理,以实现环保数据的存储、打印、统计、传输的功能。

脱硫CEMS烟气在线监测系统电源条件:AC220 V±10%,50 Hz±5%,采样气体条件:压力-2 kp～90 kp;温度:0～500℃;流速:0～30 m/s;压缩空气源:≮0.4 MPa。

2.2 CEMS方框图(见图1)

图1 CEMS系统方框图

3 系统组成及原理

以下对CEMS烟气在线连续监测系统的结构及工作原理作出详细说明。

3.1 系统原理

CEMS烟气在线连续监测系统(CEMS)主要用来连续监测烟气中烟尘和二氧化硫及氮氧化物的排放浓度及排放总量。系统主要包括:烟气颗粒物监测子系统(烟尘CEMS)、气态污染物监测子系统(烟气CEMS)、烟气排放参数监测子系统三部分。

3.2 系统结构

CEMS系统采取了模块化的结构,可以分解组合,以适应不同的环境需要(见图2),除了在污染源浓度和总量连续监测方面应用以外,还可以作为脱硫效率监测和控制的在线仪器。系统的主要功能单元大致可分为两大部分即室内和室外部分。室内部分主要有主机柜(包括样气处理、分析仪和数据采集处理)、供电电源、净化压缩空气源,主要完成系统供电,样气处理、分析,系统标定,数据采集传输及采样气路的净化等功能。室外部分主要有加热采样探头及滤芯、红外测尘仪、流速测量仪、配电箱、空气过滤装置、伴热采样管线和信号电缆等组成,主要完成采样监测点的温度、压力、流速信号的采集,烟尘浓度的测量,烟气采样及预处理,以及样气和各种信号的传输等。

3.3 气体检测

烟气的分析(SO2、NOX、O2)采样方法采用直接抽取加热法,为防止烟气遇冷空气结露,腐蚀管路及仪表,并造成SO2溶于水中导致测量误差,CEMS系统采用全程伴热进行测量,不需要冷凝脱水。分析仪表是聚光科技自主研发的OMA2000多组份紫外吸收光谱法分析仪,测量原理:SO2、NOX采用紫外吸收光谱法,O2采用氧化锆测量法。

直接抽取法的分析系统由保温取样探头,保温输气管路和加热除湿系统组成,测量数值比较直观准确,表计测量不准时可以随时用标气进行标定。

3.4 粉尘检测

6#烧结机脱硫出口采用的是聚光科技公司的LDM-100型在线烟尘测量仪,由控制器、发射端(TX)、接收端(RX)组成。

LDM-100型在线烟尘测量仪是采用的对穿法,在烟尘监测点的两端开对穿孔,两个孔必须在同一水平面上,其中心连线与烟道的中轴线应相交,开孔位置必须准确,两空垂直误差应小于20 mm,水平误差小于20 mm,以保证烟尘测量光路能穿过测量断面的中心并且光线能够返回,还必须保证测尘仪的强制吹扫气路。6#烧结机用经过过滤的干净压缩空气,长期吹扫可防止烟道气污染光学镜头。

如果烟气中含水量大会影响仪器的测量效果,水汽太大时,小水滴会被当作粉尘来测量,6#烧结机脱硫由于需要加水,烟气中水汽含量大,造成光穿透不过烟气并返回,所以测量结果基本是仪表的满量程数据。现采取的办法是根据环保局监测结果人为设置合理的数值在CEMS监控软件上。

图2 CEMS系统结构示意图

3.5 温度/压力/流速检测

6#烧结机脱硫出口采用攀钢汇同提供的511-BF温/压/流一体化测量仪,温度采用PT100温度传感器,压力采用西门子扩散硅微压变送器。流量测量采用皮托管微差压法,皮托管有两个测压孔,一个对准气体流动方向,测的是总压;另一个孔与流动方向垂直,测的是静压。差压变送器测量它们的差,即动压,流速与动压的平方根成正比。因此,其测量精度在量程的上半部较高,在量程下半部较低。对于流速相对稳定且高于5米/秒时测量精度尚好,在低于3 m/s精度明显降低。另一方面,流速与动压的关系与总压空的风速系数有关。由于烟气中的粉尘很多,粉尘一旦附在总压空上,风速系数变化,测量误差明显加大。为解决此问题,皮托管系统增加了反吹管路及电磁阀,定时进行吹扫。

3.6 数据采集处理系统

数据采集系统由聚光公司SIC-100集线器、模拟量输出模块4024、台达PLC和环保数据采集传输仪等组成。

数据处理系统由计算机、485/232转换器及CEMS等相关软件组成。

3.7 气体预处理系统

3.7.1 气体采样

烟气经过采样探头和加热采样管线,由压缩空气经过射流泵形成的高负压抽进分析室。采样探头由连接法兰、不锈钢采样管、过滤器(碳化硅陶5μm孔隙)、螺旋加热装置、温控器等组成。采样管为耐腐蚀的φ8四氟乙烯管,外套保温加热层,伴热温度在120+ 10℃。最大长度为100 m,一般50 m以内为佳,6#烧结机脱硫出口采样点到监控房系统主机伴热采样管线距离约为40 m。气体采样探头及输送管线加热是为了避免样气从采样点传输到主机柜中气体分析仪过程中冷凝,避免SO2损失及保证管路畅通。

3.7.2 样气过滤

样气过滤主要由采样探头内5μm孔隙的碳化硅陶滤芯和加热盒内的2μm孔隙的二级精滤器构成,保证进入气体测量室的样气洁净。

3.7.3 样气加热

CEMS系统采用的是全程伴热,与传统的样气加热—冷凝排水—进入气室工艺不同,该工艺是把气室设置在一个相对密闭的加热盒内,通过加热板进行加热,保证加热盒温度与伴热管温度基本相同,让伴热管加热后的烟气样气在进入测量气室测量过程中不冷凝结露。避免了传统工艺中因冷凝器出现故障时烟气在分析仪里结露对仪表造成腐蚀。

3.7.4 净化气源

为仪器的气路提供清扫气,经过除水、干燥、除油净化以后的洁净空气(压力4～8 kg/ cm2)分为3路:测尘仪的在线强制吹扫气路,长期工作可防止烟道气污染光学镜头;采样管线吹扫气路;采样探头吹扫气路。

4 故障分析与排除

以下对CEMS烟气在线连续监测系统在我厂6#烧结机脱硫出口使用过程中出现的故障、原因及排除方法做出详细说明。

4.1 烟气SO2分析仪表显示数值太小或不变

(1)现场锅炉工况对出口SO2有很大影响,负荷高时燃煤量大,含硫份就大,负荷低时燃煤量少,含硫份小,在负荷量变化大时,出口SO2变化相应就大。这种情况应该检查运行工况,进行必要的表计检查。

(2)当采样气体流量偏低时,采样气体流量对SO2有很大影响,一般要求采样气体流量在0.8 ml/min～1.5 ml/min之间,流量太低造成进入气体分析室的气量过小,使测量数据偏低。一般为采样探头或管路堵塞,过滤器或射流泵堵塞等,发生这种情况应及时清理并检查反吹管路,保证采样气体流量在正常范围内。

(3)当管路存在泄露现象时,首先会从O2含量表现出来,采样系统管路,各连接接头,过滤器等处任何密封不严都会造成O2含量数值偏高,SO2数值偏低。出现这样的现象要检查管路密封。

(4)当数据突然变化时,为防止采样管线堵塞,系统必须具有定时管路反吹功能,所以管线程控反吹装置一定要可靠,有时刚反吹完成,气体采样时间及反吹时间调整不好,抽取的样气含有大量反吹气,监测数据偏低,数据过一会才会慢慢稳定,这时就需要调整反吹时间及数据保持时间了。

4.2 采样气体流量过高或过低

(1)管路有泄漏现象时,流量计显示会变高,O2含量偏大,此时应检查采样管路密封,检查连接件接头处有无漏气。

(2)管路有堵塞现象时,流量计显示偏低并且调节螺钉无效果,仪表SO2浓度偏高,此时应检查管路密封和射流泵出力是否够;还应检查探头是否堵塞;另外还有过滤器、连接头等是否堵塞;最后判断采样伴热管是否畅通。当清理采样探头、过滤芯、射流泵、连接头等之后采样流量还达不到1.0 ml/min时就可以判定采样管路不畅通。因为长期抽取烟气会造成管路越来越窄,最后造成堵塞。一般用通水法疏通,把下面的管线接头拆开,从采样测量点处通入碱性循环水,因为采样管线通电后水会被加热,热水会慢慢溶解管壁内的积垢,顺着下面管线出水,水量会逐渐变大,最后通入压缩空气吹干即可。

(3)气体流量计也易堵塞,流量计出入口接头处容易堵塞,浮子小钢珠、玻璃管、上下弹簧容易被污染,这些都会影响流量,此时清洗或更换新的流量计即可。

4.3 烟气流量测量数据实际偏差过大

(1)皮托管堵塞,因颗粒物粘在皮托管测量口或管壁没有被吹扫掉,会对皮托管的差压测量有很大影响,造成流速不准。此时应到监测平台取出皮托管人工进行清洁。

(2)皮托管腐蚀穿孔或差压测量孔被腐蚀磨损,因6#烧结机的脱硫出口排放烟气含有大量的离子液颗粒,对金属制品腐蚀性很强,要定期对皮托管进行人工取出烟囱检查,发现有腐蚀穿孔或前端测量孔断掉的情况及时更换。

5 系统维护

5.1 日常烟气脱硫在线监测系统SO2数据异常处理方法

检查脱硫工况,在监控室主机上检查采样流量计是否能保持在1.0 ml/min左右,如果不能进行调节,试拔下伴热管至气室入口之间的连接头,观察流量计是否升高到2.0 ml/min,重点检查射流泵、压缩空气源、二级过滤器、排气管路等。若上述部件无堵塞现象,取掉伴热管与气室连接头后,如流量正常,则需要检查平台上的采样管、采样过滤芯及采样管线,若发现堵塞现象予以更换,还应检查伴热温度是否正常,防止样气在采样管路中凝结,最后用标气对分析仪进行标定。

5.2 分析仪标定步骤

5.2.1 SO2零点标定

(1)连接好零气(高纯氮气)与系统主机的接头,打开标气瓶阀门。

(2)在OMA2000仪表上双击SO2参数,选择“零点标定”,点击“预标定”气阀自动打开通入氮气,等显示数值稳定后点击 “开始标定”,系统开始零点标定。

(3)标定结束后,点击“OK”,零点标定完成。

5.2.2 SO2量程标定

(1)连接好SO2量程气与系统主机的接头,打开标气瓶阀门。

(2)在OMA2000仪表上双击SO2参数,选择“量程标定”,在标气值一栏中输入待标SO2气体的实际浓度值,点击“预标定”气阀自动打开通入标气,等显示数值稳定后点击“开始标定”,系统开始量程标定。

(3)标定结束后,点击“OK”,量程标定完成。

5.3 日常保养与维护

为使烟气分析系统长期稳定的运行,维护人员应做好维护工作。维护内容包括系统检查及零部件更换。系统检查分以下几种情况:日常检查(1～7天检查一次),一般检查(1～6个月检查一次),定期检查(年度检查和更换)。

5.3.1 日常检查(1～7天检查一次)

采样流量为0.8 ml/min～1.0 ml/min,压缩空气源为0.3 MPa～0.4 MPa,有无警告发生,确认报警LED灯未点亮,二级过滤器表面粘灰较多需进行清扫或更换,加热盒内的采样管路是否堵塞,射流泵是否堵塞。伴热管温控、加热盒温控、采样探头温控等是否在120℃±10℃,数据采集仪是否能正常联网传送环保局,标气的有效时间及剩余压力,如果标气过期或标气瓶压力低于1 MPa,就应更换标气。

5.3.2 一般检查(1～6个月检查一次)

取样点探头滤芯堵塞变脏,需要清洁或更换(根据现场工况情况定)3个月检查一次;检查皮托管、不锈钢采样管,腐蚀磨损影响测量需及时更换,6个月检查一次。

5.3.3 定期检查

分析仪灵敏度检查及紫外光源寿命检查,如测量结果漂移偏大需重新调整,光源不发光需及时更换。检查干扰补偿准确度,如有偏离,则重新进行调节,氧化锆如失效要及时更换。

6 结论

随着国民经济的快速发展,二氧化硫的排放量日益增多,造成二氧化硫污染和酸雨的严重危害。我国目前的经济条件和技术条件还不允许象发达国家那样投入大量的人力和财力,并且在对二氧化硫的治理方面起步晚,至今还在摸索阶段。不过由于近几年国家对环保的严格要求,脱硫设施及监控设施必须要长期稳定运行。我们也将在今后的工作中不断摸索,提高技术,为设备的稳定运行保驾护航。

Analysing the CEMS-2000-s Monitoring System Applied in the Production of Desulfurization

HE Yong

(Panzhihua Steel and Vanadium Co.Ironworks,Panzhihua 617000,Sichuan,China)

The CEMS flue gas continuous monitoring system optimizing the mature advanced technology in the world is mainly used to continuous monitoring smoke and dust in flue gas,concentration of SO2and NOX emissions.Our factory adopts the ion liquid circulation desulphurization, completely direct extraction method to measure.

system,fault analysis,system maintenance

TP274

A

何勇,助理工程师,主要从事电气仪表设备点检方式方法和维护检修方法的研究。

1001-5108(2016)05-0062-04