西門子煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化

林灶發(fā)，鄧光南

（福建華電漳平火電有限公司，福建漳平 364400）

西門子煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化

林灶發(fā)，鄧光南

（福建華電漳平火電有限公司，福建漳平 364400）

針對福建華電漳平火電有限公司西門子煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)（CEMS）存在的SO2質(zhì)量濃度顯示值不準確、零點漂移大等問題，對標定系統(tǒng)、冷凝器排水系統(tǒng)及吹掃系統(tǒng)進行了優(yōu)化改進，優(yōu)化后CEMS運行的穩(wěn)定性及測量的準確性大大提高，保障了機組安全、穩(wěn)定運行。

火電廠；煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)；標定系統(tǒng)；冷凝器排水系統(tǒng)；吹掃系統(tǒng)；優(yōu)化

0 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國因燃煤排放的SO2和NOx急劇增加，造成嚴重的環(huán)境污染。國家制定了相應(yīng)的法律法規(guī)，加大對電廠煙氣污染物排放的考核力度，GB13223—1996《火電廠大氣污染物排放標準》中對火電廠安裝煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）進行了強制規(guī)定，之后的相關(guān)法規(guī)政策及技術(shù)規(guī)范逐步強化，現(xiàn)在CEMS成為我國火電廠必備設(shè)備。近99%電廠的CEMS數(shù)據(jù)已通過寬帶、光纖或無線方式上傳到省、市級環(huán)保主管部門和電力調(diào)度中心［1］。

1 機組概況

福建華電漳平火電有限公司（以下簡稱漳平火電公司）建設(shè)規(guī)模為2×300MW循環(huán)流化床鍋爐機組，配置東方鍋爐（集團）股份有限公司生產(chǎn)的DG1025／17.4-1118型亞臨界參數(shù)循環(huán)流化床汽包爐，其特殊的燃燒方式大大減少了燃煤電站SO2和NOx的排放。循環(huán)流化床鍋爐脫硫是一種爐內(nèi)燃燒脫硫工藝，以石灰石為脫硫吸收劑，燃煤和石灰石自鍋爐燃燒室下部送入，一次風從布風板下部送入，二次風從燃燒室中部送入。石灰石受熱分解為CaO和CO2，氣流使燃煤、石灰石顆粒在燃燒室內(nèi)強烈擾動形成流化床，燃煤煙氣中的SO2與CaO接觸發(fā)生化學反應(yīng)被脫除。為了提高吸收劑的利用率，將未反應(yīng)的CaO、脫硫產(chǎn)物及飛灰送回燃燒室參與循環(huán)利用。鈣硫比達到2.0～2.5時，脫硫率可達90%以上。流化床燃燒方式的特點是：清潔燃燒，脫硫率可達80%～95%，NOx排放量可減少50%；燃料適應(yīng)性強，特別適合中、低硫分煤；燃燒效率高，可達95%～99%；負荷適應(yīng)性好，負荷調(diào)節(jié)范圍為30%～100%額定負荷。

脫硫工作原理為：循環(huán)流化床鍋爐燃用煤中所含的硫與氧發(fā)生反應(yīng)后形成SO2，SO2與煤灰中的CaO或添加的石灰石發(fā)生反應(yīng)，從而可以在爐膛內(nèi)直接脫硫。加入爐膛的石灰石分解形成CaO，然后與SO2反應(yīng)生成CaSO4。該反應(yīng)的最佳溫度為850～910℃，在較大負荷變動范圍內(nèi)爐膛溫度將控制在850～910℃；同時，該鍋爐采用分級燃燒方式及相對較低的爐膛溫度，可以最大程度降低NOx的排放。除塵采用電、布袋除塵器，除塵效率可高達99.9%。煙囪高210m，2臺鍋爐的煙氣由兩側(cè)煙道進入煙囪排出，煙氣流動性好。由于兩側(cè)煙道工況類似，CEMS共用一間分析小室，監(jiān)測SO2、煙塵及NOx的質(zhì)量濃度，附帶測量煙氣溫度、煙氣量、流速、壓力、水分、煙氣含氧量等。工程于2008年開工，2臺機組分別于2011年7月和2012年4月投產(chǎn)。

2 CEMS組成

漳平火電公司CEMS由西門子公司生產(chǎn)的U23多參數(shù)（SO2，NOx，O2等）煙氣分析儀、煙氣預(yù)處理裝置以及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)等組成。CEMS設(shè)備按照安裝布置分為煙道現(xiàn)場部分和儀器間部分。煙道現(xiàn)場設(shè)備包括直抽取樣探頭、煙塵監(jiān)測儀、煙氣溫度監(jiān)測儀、煙氣壓力監(jiān)測儀、煙氣濕度監(jiān)測儀和煙氣流速監(jiān)測儀；現(xiàn)場儀器和儀器間通過煙氣采樣伴熱管和電纜連接，負責氣體、電源和信號的傳輸。儀器間的設(shè)備包括煙氣預(yù)處理裝置、分析儀器、工控機、氣瓶等。CEMS由煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)、系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)組成［2］，如圖1所示。

圖1 在線監(jiān)控數(shù)據(jù)采集連接拓撲圖

3 西門子CEMS優(yōu)化

CEMS運行一段時間后，設(shè)備偶爾會出現(xiàn)故障（特別是在雨季或空氣濕度較大時），如SO2質(zhì)量濃度顯示值長時間很小或為零、數(shù)據(jù)長時間不變化（死機）、零點漂移大等。針對設(shè)備的異常狀況，漳平火電公司技術(shù)人員曾到廈門華夏國際電力發(fā)展有限公司進行專題調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該公司3套西門子公司生產(chǎn)的CEMS存在同樣的問題。為此，漳平火電公司組織相關(guān)人員成立了課題組進行攻關(guān)，對存在問題進行認真分析、研究，尋找一切可能造成設(shè)備異常的原因：設(shè)備系統(tǒng)自身穩(wěn)定性及其他外因；采樣氣體管路不嚴密，采樣探頭泄漏，蠕動泵、冷凝器等各個環(huán)節(jié)工作不正常。同時，還對標定系統(tǒng)、冷凝器的排水系統(tǒng)及電磁閥吹掃系統(tǒng)進行了優(yōu)化。

3.1 標定系統(tǒng)優(yōu)化

西門子CEMS在應(yīng)用過程中曾出現(xiàn)零點漂移的情況，連續(xù)幾天對西門子分析儀自動調(diào)零情況進行跟蹤檢查，發(fā)現(xiàn)分析儀空氣自動調(diào)零后，零點忽大忽小。如＃6鍋爐CEMS測量數(shù)據(jù)在低值時（小于50 mg／m3）顯示值為0，曲線出現(xiàn)異常。每次分析儀自動調(diào)零后，分析儀后臺SO2質(zhì)量濃度顯示值會出現(xiàn)負值，甚至達到-50mg／m3。根據(jù)此現(xiàn)象，課題組成員自行技術(shù)攻關(guān)，最終查明是背景氣中干擾組分造成了測量誤差。干擾組分是指與待測組分特征吸收波帶有交叉或重疊的其他組分，如空氣中的水分干擾。水分廣泛存在于工藝氣體中，生產(chǎn)狀態(tài)的變化以及環(huán)境溫度、壓力的變化，都會使進入分析儀中空氣的含水量發(fā)生變化。水分在1～9μm波長范圍內(nèi)幾乎有連續(xù)的吸收帶，其吸收帶和許多組分特征吸收波帶重疊，當兩者的吸收波帶重疊時，即使采取前述措施，也難以消除水分干擾帶來的測量誤差。由于空氣中水的含量會隨時變化，所以很難估計其對測量誤差的影響。為了消除空氣中水分的干擾，對標定系統(tǒng)進行改進，在采樣空氣前端增加電子制冷器，對采樣空氣預(yù)先進行干燥處理。1年多的現(xiàn)場應(yīng)用表明，改造后分析儀零點穩(wěn)定，較好地排除了零點漂移故障。

3.2 冷凝器排水系統(tǒng)優(yōu)化

實際工作中，SO2質(zhì)量濃度測量值有時很小甚至為0，過一段時間又正常。用標準氣體檢查氣體分析儀顯示正常，零點校準也正常，初步分析原因為樣氣有時帶有水汽。懷疑蠕動泵泵管老化，更換泵管后故障依舊，繼續(xù)跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)冷凝器的冷腔至蠕動泵的排水系統(tǒng)異常。冷凝器系統(tǒng)采用雙冷腔制冷，兩路冷腔管的排水并接在一起后通過單臺蠕動泵U形接至蠕動泵進水端進行排水，冷凝器冷腔排水管至蠕動泵的進水端管路較長，阻力較大，蠕動泵排水能力降低，冷凝管排水不暢造成積水，甚至偶爾有水珠被吸入分析儀，嚴重影響分析儀正常運行。新安裝時，蠕動泵泵軸、泵管較新，蠕動泵出力較大，冷凝器排水系統(tǒng)正常，蠕動泵泵軸稍微磨損后就會出現(xiàn)排水時而正常、時而不正常的故障。冷凝器排水系統(tǒng)異常不僅會造成測量數(shù)據(jù)超差，而且會損壞價格不菲的儀器設(shè)備。針對該問題對冷凝器的排水系統(tǒng)進行改進，增加1臺蠕動泵，將冷凝器原雙冷腔制冷的單路排水系統(tǒng)改為雙冷腔制冷的雙路排水系統(tǒng)，縮短排水管長度，將冷腔的排水管直接跨接至蠕動泵的進水端。一段時間的現(xiàn)場應(yīng)用證明，改造后效果良好。

3.3 吹掃系統(tǒng)優(yōu)化

西門子CEMS應(yīng)用一段時間后（一般2年左右）還多次出現(xiàn)氧的體積分數(shù)、SO2質(zhì)量濃度、煙塵顆粒物質(zhì)量濃度忽大忽小的現(xiàn)象，氧的體積分數(shù)變化范圍為5.43%～17.48%，SO2質(zhì)量濃度變化范圍為0～25.29mg／m3，煙塵顆粒物質(zhì)量濃度變化范圍為17.66～74.00mg／m3，煙氣濕度、煙氣流量也忽大忽小，不穩(wěn)定且無規(guī)律。經(jīng)分析，可能是監(jiān)測系統(tǒng)測量管路偶爾躥入空氣，對蠕動泵管接頭、電磁閥接頭、三通閥接頭、煙氣采樣探頭等接頭逐一進行排查，還是沒有找出故障原因。再次對存在問題進行認真分析，尋找一切可能躥入空氣的設(shè)備并拆解反吹截止閥及采樣探頭等，最后發(fā)現(xiàn)故障原因為吹掃系統(tǒng)的反吹截止閥閥芯銹蝕。該故障只有在反吹截止閥動作且剛好檢查到該部分時才有可能被發(fā)現(xiàn)，而反吹截止閥動作為幾小時1次且每次只有幾分鐘，因此該故障較難被發(fā)現(xiàn)。針對該問題對吹掃系統(tǒng)進行改進，因原反吹截止閥閥芯的材質(zhì)為鐵，而采樣管路內(nèi)樣氣含有的SO2具有腐蝕性，會慢慢腐蝕反吹截止閥閥芯，造成反吹截止閥閥芯生銹、卡澀、關(guān)閉不嚴，吹掃空氣偶爾漏入樣氣管路，導(dǎo)致分析結(jié)果不準確。將原反吹截止閥閥芯改為聚四氟乙烯材料，較好地解決了該問題。

4 結(jié)束語

一年多的運行表明，改進后CEMS運行的穩(wěn)定性及測量準確性都大大提高，較好地解決了測量系統(tǒng)漂移等問題，提高了脫硫設(shè)備CEMS測量數(shù)據(jù)的準確性，有利于火電廠運行人員及時調(diào)整與監(jiān)控脫硫、除塵等環(huán)保設(shè)施的運行狀態(tài)。

［1］DL／T960—2005燃煤電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)訂貨技術(shù)條件［S］.

［2］HJ／T76—2007固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法［S］.

（本文責編：劉芳）

TM621.6

B

1674-1951（2015）09-0011-02

林灶發(fā)（1971—），男，福建漳平人，維修部副主任，工程師，從事電廠自動化設(shè)備應(yīng)用等方面的工作（E-mail：13860273991＠163.com）。

2015-03-30；

2015-08-27

鄧光南（1964—），男，福建漳平人，高級技師，從事電廠熱控設(shè)備維護、檢修等方面的工作（E-mail：dengguangnan＠sohu.com）。