淺析CEMS-2000S監測系統在脫硫生產中的應用

何 勇

(攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠,四川攀枝花 617000)

淺析CEMS-2000S監測系統在脫硫生產中的應用

何 勇

(攀枝花鋼釩有限公司煉鐵廠,四川攀枝花 617000)

CEMS煙氣連續監測系統優選世界上成熟的先進技術,主要用來連續監測煙氣中煙塵、二氧化硫及氮氧化物的排放濃度及排放總量。攀鋼采用離子液循環法脫硫,完全直接抽取法測量。關鍵詞：系統組成;故障分析;系統維護

1 引言

攀鋼6#燒結機組脫硫于2008年12月建成投運,采用離子液循環法脫硫工藝,煙氣連續監測系統使用的是聚光科技(杭州)公司生產的CEMS-2000(以下簡稱CEMS)系統。CEMS煙氣連續監測系統優選世界上成熟的先進技術,測量采用完全直接抽取法,主要用來連續監測煙氣中煙塵、二氧化硫及氮氧化物的排放濃度及排放總量。

2 脫硫CEMS煙氣在線連續監測系統原理概述

2.1 脫硫CEMS煙氣在線連續監測系統主要測量參數

SO2、NOX、O2、粉塵、溫度、壓力、流量;其中SO2、NOX、O2通過紫外氣體分析儀監測;粉塵濃度、溫度、壓力、流量等參數通過安裝在煙囪平臺上的儀表監測。SO2、NOX、O2等紫外氣體分析儀檢測的參數直接由OMA2000氣體分析儀表通過232串口傳輸到CEMS(計算機數據處理系統)。現場平臺上的測量參數通過數據采集模塊轉換成485信號,然后通過485接口傳輸到CEMS(計算機數據處理系統);通過CEMS軟件對數據進行處理,以實現環保數據的存儲、打印、統計、傳輸的功能。

脫硫CEMS煙氣在線監測系統電源條件:AC220 V±10%,50 Hz±5%,采樣氣體條件:壓力-2 kp～90 kp;溫度:0～500℃;流速:0～30 m/s;壓縮空氣源:≮0.4 MPa。

2.2 CEMS方框圖(見圖1)

圖1 CEMS系統方框圖

3 系統組成及原理

以下對CEMS煙氣在線連續監測系統的結構及工作原理作出詳細說明。

3.1 系統原理

CEMS煙氣在線連續監測系統(CEMS)主要用來連續監測煙氣中煙塵和二氧化硫及氮氧化物的排放濃度及排放總量。系統主要包括:煙氣顆粒物監測子系統(煙塵CEMS)、氣態污染物監測子系統(煙氣CEMS)、煙氣排放參數監測子系統三部分。

3.2 系統結構

CEMS系統采取了模塊化的結構,可以分解組合,以適應不同的環境需要(見圖2),除了在污染源濃度和總量連續監測方面應用以外,還可以作為脫硫效率監測和控制的在線儀器。系統的主要功能單元大致可分為兩大部分即室內和室外部分。室內部分主要有主機柜(包括樣氣處理、分析儀和數據采集處理)、供電電源、凈化壓縮空氣源,主要完成系統供電,樣氣處理、分析,系統標定,數據采集傳輸及采樣氣路的凈化等功能。室外部分主要有加熱采樣探頭及濾芯、紅外測塵儀、流速測量儀、配電箱、空氣過濾裝置、伴熱采樣管線和信號電纜等組成,主要完成采樣監測點的溫度、壓力、流速信號的采集,煙塵濃度的測量,煙氣采樣及預處理,以及樣氣和各種信號的傳輸等。

3.3 氣體檢測

煙氣的分析(SO2、NOX、O2)采樣方法采用直接抽取加熱法,為防止煙氣遇冷空氣結露,腐蝕管路及儀表,并造成SO2溶于水中導致測量誤差,CEMS系統采用全程伴熱進行測量,不需要冷凝脫水。分析儀表是聚光科技自主研發的OMA2000多組份紫外吸收光譜法分析儀,測量原理:SO2、NOX采用紫外吸收光譜法,O2采用氧化鋯測量法。

直接抽取法的分析系統由保溫取樣探頭,保溫輸氣管路和加熱除濕系統組成,測量數值比較直觀準確,表計測量不準時可以隨時用標氣進行標定。

3.4 粉塵檢測

6#燒結機脫硫出口采用的是聚光科技公司的LDM-100型在線煙塵測量儀,由控制器、發射端(TX)、接收端(RX)組成。

LDM-100型在線煙塵測量儀是采用的對穿法,在煙塵監測點的兩端開對穿孔,兩個孔必須在同一水平面上,其中心連線與煙道的中軸線應相交,開孔位置必須準確,兩空垂直誤差應小于20 mm,水平誤差小于20 mm,以保證煙塵測量光路能穿過測量斷面的中心并且光線能夠返回,還必須保證測塵儀的強制吹掃氣路。6#燒結機用經過過濾的干凈壓縮空氣,長期吹掃可防止煙道氣污染光學鏡頭。

如果煙氣中含水量大會影響儀器的測量效果,水汽太大時,小水滴會被當作粉塵來測量,6#燒結機脫硫由于需要加水,煙氣中水汽含量大,造成光穿透不過煙氣并返回,所以測量結果基本是儀表的滿量程數據。現采取的辦法是根據環保局監測結果人為設置合理的數值在CEMS監控軟件上。

圖2 CEMS系統結構示意圖

3.5 溫度/壓力/流速檢測

6#燒結機脫硫出口采用攀鋼匯同提供的511-BF溫/壓/流一體化測量儀,溫度采用PT100溫度傳感器,壓力采用西門子擴散硅微壓變送器。流量測量采用皮托管微差壓法,皮托管有兩個測壓孔,一個對準氣體流動方向,測的是總壓;另一個孔與流動方向垂直,測的是靜壓。差壓變送器測量它們的差,即動壓,流速與動壓的平方根成正比。因此,其測量精度在量程的上半部較高,在量程下半部較低。對于流速相對穩定且高于5米/秒時測量精度尚好,在低于3 m/s精度明顯降低。另一方面,流速與動壓的關系與總壓空的風速系數有關。由于煙氣中的粉塵很多,粉塵一旦附在總壓空上,風速系數變化,測量誤差明顯加大。為解決此問題,皮托管系統增加了反吹管路及電磁閥,定時進行吹掃。

3.6 數據采集處理系統

數據采集系統由聚光公司SIC-100集線器、模擬量輸出模塊4024、臺達PLC和環保數據采集傳輸儀等組成。

數據處理系統由計算機、485/232轉換器及CEMS等相關軟件組成。

3.7 氣體預處理系統

3.7.1 氣體采樣

煙氣經過采樣探頭和加熱采樣管線,由壓縮空氣經過射流泵形成的高負壓抽進分析室。采樣探頭由連接法蘭、不銹鋼采樣管、過濾器(碳化硅陶5μm孔隙)、螺旋加熱裝置、溫控器等組成。采樣管為耐腐蝕的φ8四氟乙烯管,外套保溫加熱層,伴熱溫度在120+ 10℃。最大長度為100 m,一般50 m以內為佳,6#燒結機脫硫出口采樣點到監控房系統主機伴熱采樣管線距離約為40 m。氣體采樣探頭及輸送管線加熱是為了避免樣氣從采樣點傳輸到主機柜中氣體分析儀過程中冷凝,避免SO2損失及保證管路暢通。

3.7.2 樣氣過濾

樣氣過濾主要由采樣探頭內5μm孔隙的碳化硅陶濾芯和加熱盒內的2μm孔隙的二級精濾器構成,保證進入氣體測量室的樣氣潔凈。

3.7.3 樣氣加熱

CEMS系統采用的是全程伴熱,與傳統的樣氣加熱—冷凝排水—進入氣室工藝不同,該工藝是把氣室設置在一個相對密閉的加熱盒內,通過加熱板進行加熱,保證加熱盒溫度與伴熱管溫度基本相同,讓伴熱管加熱后的煙氣樣氣在進入測量氣室測量過程中不冷凝結露。避免了傳統工藝中因冷凝器出現故障時煙氣在分析儀里結露對儀表造成腐蝕。

3.7.4 凈化氣源

為儀器的氣路提供清掃氣,經過除水、干燥、除油凈化以后的潔凈空氣(壓力4～8 kg/ cm2)分為3路:測塵儀的在線強制吹掃氣路,長期工作可防止煙道氣污染光學鏡頭;采樣管線吹掃氣路;采樣探頭吹掃氣路。

4 故障分析與排除

以下對CEMS煙氣在線連續監測系統在我廠6#燒結機脫硫出口使用過程中出現的故障、原因及排除方法做出詳細說明。

4.1 煙氣SO2分析儀表顯示數值太小或不變

(1)現場鍋爐工況對出口SO2有很大影響,負荷高時燃煤量大,含硫份就大,負荷低時燃煤量少,含硫份小,在負荷量變化大時,出口SO2變化相應就大。這種情況應該檢查運行工況,進行必要的表計檢查。

(2)當采樣氣體流量偏低時,采樣氣體流量對SO2有很大影響,一般要求采樣氣體流量在0.8 ml/min～1.5 ml/min之間,流量太低造成進入氣體分析室的氣量過小,使測量數據偏低。一般為采樣探頭或管路堵塞,過濾器或射流泵堵塞等,發生這種情況應及時清理并檢查反吹管路,保證采樣氣體流量在正常范圍內。

(3)當管路存在泄露現象時,首先會從O2含量表現出來,采樣系統管路,各連接接頭,過濾器等處任何密封不嚴都會造成O2含量數值偏高,SO2數值偏低。出現這樣的現象要檢查管路密封。

(4)當數據突然變化時,為防止采樣管線堵塞,系統必須具有定時管路反吹功能,所以管線程控反吹裝置一定要可靠,有時剛反吹完成,氣體采樣時間及反吹時間調整不好,抽取的樣氣含有大量反吹氣,監測數據偏低,數據過一會才會慢慢穩定,這時就需要調整反吹時間及數據保持時間了。

4.2 采樣氣體流量過高或過低

(1)管路有泄漏現象時,流量計顯示會變高,O2含量偏大,此時應檢查采樣管路密封,檢查連接件接頭處有無漏氣。

(2)管路有堵塞現象時,流量計顯示偏低并且調節螺釘無效果,儀表SO2濃度偏高,此時應檢查管路密封和射流泵出力是否夠;還應檢查探頭是否堵塞;另外還有過濾器、連接頭等是否堵塞;最后判斷采樣伴熱管是否暢通。當清理采樣探頭、過濾芯、射流泵、連接頭等之后采樣流量還達不到1.0 ml/min時就可以判定采樣管路不暢通。因為長期抽取煙氣會造成管路越來越窄,最后造成堵塞。一般用通水法疏通,把下面的管線接頭拆開,從采樣測量點處通入堿性循環水,因為采樣管線通電后水會被加熱,熱水會慢慢溶解管壁內的積垢,順著下面管線出水,水量會逐漸變大,最后通入壓縮空氣吹干即可。

(3)氣體流量計也易堵塞,流量計出入口接頭處容易堵塞,浮子小鋼珠、玻璃管、上下彈簧容易被污染,這些都會影響流量,此時清洗或更換新的流量計即可。

4.3 煙氣流量測量數據實際偏差過大

(1)皮托管堵塞,因顆粒物粘在皮托管測量口或管壁沒有被吹掃掉,會對皮托管的差壓測量有很大影響,造成流速不準。此時應到監測平臺取出皮托管人工進行清潔。

(2)皮托管腐蝕穿孔或差壓測量孔被腐蝕磨損,因6#燒結機的脫硫出口排放煙氣含有大量的離子液顆粒,對金屬制品腐蝕性很強,要定期對皮托管進行人工取出煙囪檢查,發現有腐蝕穿孔或前端測量孔斷掉的情況及時更換。

5 系統維護

5.1 日常煙氣脫硫在線監測系統SO2數據異常處理方法

檢查脫硫工況,在監控室主機上檢查采樣流量計是否能保持在1.0 ml/min左右,如果不能進行調節,試拔下伴熱管至氣室入口之間的連接頭,觀察流量計是否升高到2.0 ml/min,重點檢查射流泵、壓縮空氣源、二級過濾器、排氣管路等。若上述部件無堵塞現象,取掉伴熱管與氣室連接頭后,如流量正常,則需要檢查平臺上的采樣管、采樣過濾芯及采樣管線,若發現堵塞現象予以更換,還應檢查伴熱溫度是否正常,防止樣氣在采樣管路中凝結,最后用標氣對分析儀進行標定。

5.2 分析儀標定步驟

5.2.1 SO2零點標定

(1)連接好零氣(高純氮氣)與系統主機的接頭,打開標氣瓶閥門。

(2)在OMA2000儀表上雙擊SO2參數,選擇“零點標定”,點擊“預標定”氣閥自動打開通入氮氣,等顯示數值穩定后點擊 “開始標定”,系統開始零點標定。

(3)標定結束后,點擊“OK”,零點標定完成。

5.2.2 SO2量程標定

(1)連接好SO2量程氣與系統主機的接頭,打開標氣瓶閥門。

(2)在OMA2000儀表上雙擊SO2參數,選擇“量程標定”,在標氣值一欄中輸入待標SO2氣體的實際濃度值,點擊“預標定”氣閥自動打開通入標氣,等顯示數值穩定后點擊“開始標定”,系統開始量程標定。

(3)標定結束后,點擊“OK”,量程標定完成。

5.3 日常保養與維護

為使煙氣分析系統長期穩定的運行,維護人員應做好維護工作。維護內容包括系統檢查及零部件更換。系統檢查分以下幾種情況:日常檢查(1～7天檢查一次),一般檢查(1～6個月檢查一次),定期檢查(年度檢查和更換)。

5.3.1 日常檢查(1～7天檢查一次)

采樣流量為0.8 ml/min～1.0 ml/min,壓縮空氣源為0.3 MPa～0.4 MPa,有無警告發生,確認報警LED燈未點亮,二級過濾器表面粘灰較多需進行清掃或更換,加熱盒內的采樣管路是否堵塞,射流泵是否堵塞。伴熱管溫控、加熱盒溫控、采樣探頭溫控等是否在120℃±10℃,數據采集儀是否能正常聯網傳送環保局,標氣的有效時間及剩余壓力,如果標氣過期或標氣瓶壓力低于1 MPa,就應更換標氣。

5.3.2 一般檢查(1～6個月檢查一次)

取樣點探頭濾芯堵塞變臟,需要清潔或更換(根據現場工況情況定)3個月檢查一次;檢查皮托管、不銹鋼采樣管,腐蝕磨損影響測量需及時更換,6個月檢查一次。

5.3.3 定期檢查

分析儀靈敏度檢查及紫外光源壽命檢查,如測量結果漂移偏大需重新調整,光源不發光需及時更換。檢查干擾補償準確度,如有偏離,則重新進行調節,氧化鋯如失效要及時更換。

6 結論

隨著國民經濟的快速發展,二氧化硫的排放量日益增多,造成二氧化硫污染和酸雨的嚴重危害。我國目前的經濟條件和技術條件還不允許象發達國家那樣投入大量的人力和財力,并且在對二氧化硫的治理方面起步晚,至今還在摸索階段。不過由于近幾年國家對環保的嚴格要求,脫硫設施及監控設施必須要長期穩定運行。我們也將在今后的工作中不斷摸索,提高技術,為設備的穩定運行保駕護航。

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,助理工程師,主要從事電氣儀表設備點檢方式方法和維護檢修方法的研究。

1001-5108(2016)05-0062-04