熱電部鍋爐脫硫塔CEMS改造

摘要：介紹了ULTRAMAT23型氣體分析儀的結構，工作原理及其在熱電部鍋爐脫硫塔CEMS中的應用。經改造，實現了數據零誤差同步傳輸給環保局。并為熱部脫硫系統的高置運行提供了技術保證，大大提高了脫硫裝置效率。

關鍵詞：氣體分析儀 PLC 脫硫 改造 環保

中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)1(c)-0022-02

1 引言

工業化的快速發展，人們環保意識的日益增強，使各國污染控制機構致力于降低SO₂、NOX和粉煤灰等空氣污染物的排放量。CEMS是英文Continuous EmissionMonitoring System的縮寫，意即污染源排放連續監測系統。可對固定污染源排放煙氣中的顆粒、氣態污染物的濃度和排放率進行連續地、實時地跟蹤測定。檢測結果可作為環保執法的依據。

2 項目概況

天津石化熱電部現有9臺鍋爐，擔負著為現有化工裝置提供穩定、可靠的電力和蒸汽供應的任務。為滿足天津市《鍋爐大氣污染物排放標準》(DB12/151-2003)規定，增設了鍋爐煙氣脫硫裝置。

已建成的鍋爐脫硫裝置采用石灰石一石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔，該脫硫工藝是以石灰石(CaCO₂)漿液作為吸收劑，通過吸收劑在脫硫塔內對煙氣進行洗滌，發生反應，以除去煙氣中的SO₂。在已建成的兩套脫硫裝置中，每臺脫硫塔進出、口煙道上分別安裝CEMS，其中，二期兩臺410t/h鍋爐煙氣脫硫裝置中，進口煙道上的CEMS為一拖二，即兩套CEMS采用一個主機，出口煙道上的GEMS為一對一，即每臺脫硫塔出口安裝一套CEMS；三期三臺420t/h鍋爐煙氣脫硫裝置中，進口煙道上的GEMS為一拖三，即三套CEMS采用一個主機，出口煙道上的GEMS為一對一，即每臺脫硫塔出口安裝一套GEMS。進、出口煙道上的GEMS中SO₂分析儀表與石灰石漿液調節閥聯鎖，根據煙氣中SO₂的含量控制石灰石的供漿量，并用于考核脫硫裝置的脫硫率；出口煙道上的CEMS煙氣成分信號上傳天津市環保局。

改造前的熱電部二、三期脫硫裝置，進口煙道上的CEMS未采用一對一的形式，煙氣中的SO₂含量無法連續測量，影響脫硫裝置的自動控制，同時五套脫硫裝置中的出口GEMS由于選型錯誤均無法實現實時數據傳輸，介于此種情況對兩套脫硫裝置的全部CEMS進行了改造。

3 改造內容

3.1 儀表選型

通過對軍糧城、楊柳青、陳塘莊等兒家電廠的走訪調研，發現幾家電廠均采用西門子公司生產的ULTRAMAT23型氣體分析儀來監測氣態污染物的濃度，該系統日常只需做好過濾器更換、排液等維護工作即可。該套CEMS使用效果明顯優于其它同類產品。故此，本次改造選用該套CEMS。

3.2 CEMS構成及工作原理，圖1

GEMS構成

(1)煙氣成份分析系統：分析對象為SO₂、NOX、O₂。系統由采樣單元、樣品預處理單元和分析儀表構成。

(2)煙塵濃度監測系統。

(3)質量流量檢測系統：流量：Qs；壓力：P；溫度：T；濕度：H₂O。

(4)數據采集。處理及控制系統。

煙氣成份分析系統：

(1)分析儀表：SO₂和NOx檢測原理為非分散紅外光譜吸收法：當紅外光譜的波長與待測氣體的吸收波長相等時，待測氣體將吸收紅外光譜中相對應的輻射能。

(2)采樣單元：采樣管：采用電伴熱形式，中間樣氣管采用聚四氟乙烯耐腐蝕軟管。采樣管內溫度控制在140-160℃，使得煙氣中水含量以蒸氣狀態存在，防止水結露與SO₂生成酸，并有報警裝置。本環節，重點要解決以下兩個問題：

(1)把大量的粉塵堵在探頭過濾器之外，并且定期吹回到煙道之中。

(2)保證水蒸氣不結露，不能與SO₂反應生成稀硫酸(圖2)。

盡管設計如此縝密，但是在改造前的脫硫入口使用中，仍存在一些不足之處。為此，在與西門子廠家進行改造前期的技術談判時，我們CEMS改造小組提出了多條設計提案。用以完善和優化CEMS，此舉得到了西門子廠家的高度贊評并逐一應用到了本次CEMS改造中，實踐效果很好。提案如下：

(1)原系統電采樣管線內溫度能否達到溫控器所設定的140～160℃，從外觀根本無法判斷。提議在PLC中加一采樣管線低溫報警，當溫度低于設定溫度時，機柜控制面板上報警燈閃亮。以便巡視人員及時發現。

①原系統中韻溫控器不帶溫度顯示。提議本1次改造更換為數顯溫控器，這樣可以從機柜面板上一目了然的看到樣氣溫度值。判斷工作狀態是否正常。

②原系統中采樣探頭加熱單元是否正常，只能到就地憑手藤溫度判斷。這樣不便于及時發現故障。提議在PLC中加一采樣探頭低溫報警，當探頭加熱失效時，機柜控制面板上報燈亮，以便于人員及時發現、解決問題。

③原系統中只設計了市電供電回路，無備用電源。一旦市電故障，該系統全部掉電，數據監測中斷，無法上傳給市環保局。這樣違反了《固定污染源煙氣連續監測系統要求及檢測方法》HJ/T 76-2007中的相關規定和要求，提議本次改造加裝、UPS供電回路，以確保系統不掉電，實現數據時時上傳環保局。

(2)樣品預處理系統：①專用電加熱式自動控溫取樣探頭，帶低溫報警。②專用電伴熱自動控溫式取樣管。③預處理單元包括：壓縮機制冷器、采樣泵、蠕動泵。精細過濾器，反吹單元等。

在煙氣的通道中不斷地從通過加熱探頭提取樣品，探頭加熱不低于165℃，加熱管線加熱在130～160℃之間，這樣氣體不會產生冷凝。

來自現場采樣探頭的樣品氣，通過一關斷球閥后，首先進入樣品預處理系統的預冷器除去樣品氣中的濕氣，凝液集結在預冷器的下方，通過排液蠕動策排除，然后氣體通過一個三通電磁閥，自動標定時間里外部氣體也通過此閥，接著氣體經取樣泵采出。接下去是一個手動三通閥，通過它注入氣體來檢查儀器的靈敏度，接著氣體進入主冷卻器進一步除濕，除濕后的氣體通過精細過濾器對樣氣進一步過濾，并檢測冷凝器的故障，產生輔助控制信號，避免濕氣進入分析儀，冷卻器的故障信號或精過濾器報警信號產生，抽氣泵切斷，故障排除抽氣泵自動啟動。測量后氣體流入大氣，氣體的冷凝物通過冷凝器下的排液泵排出。系統連續工作，正常無須維護。有出錯或維護要求相應的信號送往控制室，維護人員及時發現。

(3)數據采集和處理系統：CEMS系統的所有數據由PLC進行采集。采集后的數據在控制室通DAs計算機上，數據存儲、報表生成及與環保部門通訊等功能由上位計算機完成，該系統安裝在控中控制室內。

煙塵濃度監測系統：散射法檢測儀

激光光源及功率控制保證光源的穩定性，激光發出的650nm束以一個微小的角度射入排放源，馓光束與煙塵粒子作用產生散射光。背向散射光通過接收系統進入傳感器轉換成電信號進行處理。測量區的大小由通過光欄，接受鏡頭參數及傳感器大小和光源的探角決定。圖3。

質量、流量檢測系統：

原理：根據差壓法測定煙氣排披量。利用壓力傳感器_測定皮托管承受的動壓和靜壓。動壓和靜壓與被測煙氣的流速成一定的比例關系，從而可定量煙氣流量。

數據采集、處理和控制系統：

PAS-DAS用來獲取和處理來自備分析儀傳輸來的數據，并進行實時而有效的控制和處理。PLC是CEM系統盼數據采集、控制單元。提供24小時的記錄接口系統，可以將加工過的數據傳輸給DAS，其控制指令通過DAS激活，它能自動控制煙氣抽取，將樣氣提供給分析儀，執行分析儀的零點和量程校準，自動反吹和冷凝液排放-報警，計算以及信號傳輸與DAS通訊。

4 運行效果

6#、7#脫硫塔出、入口CEMS安裝調試完畢已有一個月，的時間了，從目前的運行狀況來看，現場分析儀運行穩定，監測到的數據有效性在95％以上，且做到與環保局進行數據零誤差同步傳輸。本次項目改造的順利完成，給熱電部脫硫系統的高效運行提供了重要參考依據，進、出口煙道上的CEMS中SO₂分析儀表與石灰石漿液調節閥聯鎖，根據煙氣中SO，的含量控制石灰石的供設置，一并用于考核脫硫裝置的脫硫率，目前脫硫效率高達98％。使熱電部脫硫車間徹底擺脫了摸石頭過河的困境。