八鋼燒結脫硫CEMS常見故障診斷與處理

侯杰

（寶鋼集團八鋼公司煉鐵分公司）

1 前言

CEMS（Continuous Emission Monitoring System）即“煙氣排放連續監測系統”。其主要作用是對煙氣排放的污染物進行濃度和排放總量的實時監測，并將數據上傳環保部門。CEMS對整個脫硫生產具有重要的指導意義，同時也是檢驗和控制煙氣污染源排放能否滿足國家標準的有效裝置。

目前八鋼公司燒結系統有兩臺265m2燒結機組（A、B）和一臺430m2（C）燒結機組，對應的脫硫生產系統于2012年底正式投用。脫硫系統采用半干法脫硫工藝，脫硫裝置為一機一塔，設計脫硫效率不小于95%，CEMS均采用北京雪迪龍科技股份有限公司成套設備。

在脫硫的生產過程中，CEMS故障嚴重時會造成燒結生產系統停機，影響生產運行。筆者對出現的CEMS故障現象及設備隱患定位與處理進行分析，通過對故障案例的梳理，提高脫硫CEMS的維護水平，確保生產的穩定運行。

2 八鋼燒結廠脫硫CEMS介紹

八鋼燒結廠現有6套脫硫CEMS設備，分別針對A、B、C三臺燒結機組原煙、凈煙進行煙氣質量監測，每套設備監測參數包括：粉塵濃度、煙氣流量、煙氣壓力、煙氣溫度、SO2濃度、Nox濃度、O2濃度、煙氣濕度等。

2.1 CEMS工作流程

CEMS系統流程如圖1所示，其中煙氣流量、溫度、壓力、粉塵等參數通過現場儀表，直接將信號傳輸至儀表柜內PLC，而氣體監測裝置通過現場采樣探頭、管線進入儀表柜，經過水氣分離、冷凝除水、精密過濾后進入紅外氣體分析儀，將信號傳輸給儀表柜內PLC，CEMS監測數據和狀態信號分別傳輸給脫硫生產的DCS后臺和分析室內的數據采集系統，最終通過無線傳輸設備傳遞給環保部門。

圖1 CEMS系統流程圖

2.2 CEMS工作原理

圖2 煙氣預處理示意圖

2.2.1 粉塵監測裝置

粉塵濃度監測儀使用MODEL2030在線粉塵煙度計，主要由激光發射電路板、激光接收電路板、信號輸出板、主處理器板組成，采用激光后向散射測試原理由激光射入煙道，照射煙塵粒子，被照射的煙塵粒子對激光產生后散射光。粉塵濃度儀通過檢測反射激光信號的強弱來計算煙道內粉塵濃度的大小。

2.2.2 流量監測裝置

采用皮托管差壓法進行測量，差壓變送器采用SIEMENS公司生產的SITRANSP進行測量。

皮托管流速計主要由“S”型皮托管檢測頭、差壓變送器構成。測量時將皮托管流速計探頭插入管路中，并使全壓和背壓探頭中心軸線處于過流斷面中心且與流線方向一致，全壓探頭測孔正面應對來流，檢測流體總壓，并將其傳遞給差壓變送器；同時背壓探頭測孔拾取節流靜壓也將其傳遞給變送器，變送器讀取動、靜壓差值，并將其轉換成相應的流速比例電流（4～20）mA傳送給顯示儀表或計算機進行數據處理。

2.2.3 氣體監測裝置

氣體監測分析（SO2、Nox、O2濃度）采用直接抽取加熱法，如圖2所示。煙氣預處理過程為煙道中的煙氣首先通過采樣泵被吸入采樣探頭中，采樣探頭對煙氣進行第一級過濾和加熱，然后通過帶有伴熱的采樣管線進入到分析儀表柜內，壓縮機冷凝器會對樣氣進行1級快速冷凝和2級快速冷凝，冷凝后1#蠕動泵和2#蠕動泵負責排出樣氣中的水，此時樣氣通過碟形濾芯進行精細過濾，過濾后的樣氣再通過流量調節閥最終進入分析儀進行檢測。

氣體分析儀采用SIEMENS生產的ULTRAMAT23多組紅外氣體分析儀。其中SO2濃度、NOx濃度監測采用NRIR不分光紅外法，O2濃度監測采用電化學法進行測量。

2.2.4 數據采集系統

數據采集系統采用雪迪龍公司開發的PA-DAS軟件，基于SIEMENS公司S7-200系列PLC，通過模擬量、開關量數據輸入進行數據采集，采樣周期為1s，完成對現場設備控制、報警輸出等，保證設備穩定運行。同時對歷史數據、分鐘報表、日報表、周報表、月報表、年報表進行編輯保存，儲存量可達到1年以上。

3 脫硫CEMS故障分析及處理

對生產運行過程中CEMS常見故障現象進行歸類，通過分析查找故障原因并處理。

3.1 SO2濃度和NOx濃度偏低，O2濃度偏高

原因分析：此現象一般為漏氣所致，漏氣后，空氣進入分析儀導致SO2和NOx濃度被稀釋，而O2濃度上升。

故障處理：（1）首先需確定漏氣點，漏氣點可通過斷開各級進氣口，堵塞進氣口，觀察分析儀浮子流量計是否歸零的方法來判斷漏氣部位。如浮子流量計歸零，則表明堵塞的進氣口至分析儀表部分氣密性良好，然后檢查后面的管路，同樣的方法進行檢查，直至找到漏氣具體部位。

（2）常見漏氣點檢查：流量調節閥、蠕動泵、濾芯以及浮子流量計均可能存在漏氣現象，做好日常的檢查，對接口擰緊后用密封膠帶進行密封，保證設備穩定運行。

3.2 SO2、NOx、O2濃度偏低，流量顯示偏低

原因分析：此現象通常為采樣通道堵塞，樣氣采集不暢通所致，與日常維護不到位有關，造成濾芯和反吹等出現異常。

故障處理：（1）檢查濾芯前后通氣是否暢通。對濾芯進行檢查，做到定周期更換。

（2）檢查反吹是否正常。在反吹過程中使用的壓縮空氣壓力是否正常，氣源是否潔凈，反吹間隔和反吹時間是否正常。

（3）檢查采樣管線是否正常。檢查采樣管線氣密性是否良好，采樣管線的加熱是否正常，升高管線加熱溫度和探頭加熱溫度，看數據是否變化。

3.3 SO2偏低，NOx、O2濃度正常

原因分析：當煙氣中含水分較高，而此時探頭加熱狀態不理想，由于SO2易溶于水，生成亞硫酸，導致故障發生。其化學反應方程式：SO2+H2O=H2SO3

故障處理：（1）對所處環境氣溫變化進行確認和觀察，氣溫降低或存在漏氣等現象均會出現冷凝水，導致水分增大。

（2）對采樣探頭加熱器進行檢查，提高加熱器的溫度。

（3）對采樣管線進行疏通，檢查采樣管線是否存在上翹或拐彎等現象，導致積水無法流出。

3.4 流量變化較大，原煙氣和凈煙氣流量相差較大

原因分析：當現場設備發生故障，如皮托管流量計堵塞或差壓變送器損壞，現場出現煙氣流量變化大的現象，如圖3所示。打開流量計發現皮托管外部保護套管破損，是內部正壓室管路磨損漏氣所致。

故障處理：（1）檢查皮托管流量計是否完好，管路是否堵塞。

（2）堵住皮托管流量計的背壓和正壓管，檢查儀表顯示是否為零點和最大值。

（3）檢查差壓變送器，差壓變送器信號是否正常。

（4）利用便攜式儀器進行標定，對儀表進行校正。

3.5 粉塵監測儀顯示異常

原因分析：當現場鏡頭臟，光未反射到鏡片，導致數據偏低，清灰、檢查等不及時或鏡頭吹掃氣源壓力過小，光程調節不合適等也會造成數據異常，如圖4所示。

圖4 粉塵監測儀光路示意圖

故障處理：（1）對鏡頭進行清理，檢查鏡頭的吹掃氣源是否正常，一般壓力要求大于200Pa。

（2）檢查粉塵儀的光斑，觀察光斑的形狀和亮度是否正常。

（3）檢查光程是否合適，根據測量煙道的直徑來計算光程，調整合適的光程，當光程過小會導致測量區域的減少，而光程過大可能會造成煙道壁的反射，都會造成數據異常，應根據工況和煙道內徑來調整光程，達到最佳的測量范圍。

（4）對粉塵儀的零點和滿度進行效驗，將粉塵儀取下，用手捂住光斑發射的小孔，堵住光源，儀表顯示為零，同時檢查此時輸出為4mA，然后將粉塵儀的探測點對準天空等空曠區域，此時儀表顯示為滿值，同時檢查此時輸出為20mA。

（5）對不滿足輸出值時需要對粉塵儀進行調整，調整方法有兩種，一種為在電路板中利用電位器調節零點和增益，第二種為利用軟件UserMonitor在后臺對粉塵儀進行調試。由于電位器故障率較高，建議使用第二種方法進行調整。

4 結束語

CEMS作為脫硫生產重要設備，日常維護管理是關鍵。脫硫投產運行兩年來，燒結廠設備一直由現場工人進行維護，從現場設備的基礎管理到標準的制定一步步趨于完善，建立了日巡檢、周標定、月比對的良好管理模式。通過對設備數據變化、歷史趨勢的分析，指導現場故障的處理，提高了CEMS的穩定性，為整個燒結生產的順行提供了保障。

[1]HJT 75-2007.固定污染源煙氣排放連續監測技術規范.

[2]HJT 76-2007.固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法(試行).

[3]GB/T 16157.固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法.