煙氣連續排放監測系統的日常維護及故障分析

丁敏，慕軍，鄭智群

（中石化齊魯石化分公司，山東 淄博 255400）

引言

企業作為環境保護的責任主體，環境管理水平直接影響我國環保目標的實現。國內某國有大型企業目前擁有15爐13機及與之配套的燃料、輸電、供電、脫硫、脫硝等系統，近年來，先后投入大量資金用于“三廢”治理和減排，環保工作取得突出成績。

2015年初，該廠開始著手燃煤鍋爐超低排放技術調研和可行性方案研究，尋找符合該廠鍋爐性能特點的超低排放改造技術路線。2016年2月中石化總部批復了5臺CFB鍋爐（二化動力站3臺CFB鍋爐及煉油動力站2臺CFB鍋爐）的脫硫、脫硝、除塵超低排放改造項目，2016年3月中石化總部批復了10臺煤粉爐（熱電站及乙烯動力）超低排放方案。

1 鍋爐煙氣超潔凈排放項目

熱電站及乙烯站10臺煤粉鍋爐煙氣超潔凈排放項目，脫硫采用氨法脫硫技術，原有的脫硫裝置增加一層噴淋，保證更高的覆蓋效果，優化吸收段結構、強化傳質效果、提高覆蓋效果，進一步提升了脫硫效率。脫硝采用低氮燃燒器改造+SCR技術，該次改造在脫硝反應器增加一層催化劑就可以滿足≤50mg/m3標準要求。除塵采用新型超聲波除塵技術。

二化動力站3臺CFB鍋爐及煉油動力站2臺CFB鍋爐煙氣超潔凈排放技術改造項目：

對5臺CFB鍋爐進行脫硫、脫硝和除塵技術改造。脫硫采用原有爐內脫硫+新增循環流化床半干法煙氣脫硫技術，除塵采用電預除塵+超細布袋除塵技術，脫硝采用原有SNCR脫硝+新增COA協同氧化吸收脫硝技術。

通過1年多建設，目前該廠鍋爐已全部完成超低排放改造，并全部在煙氣出口及入口標準位置加裝煙氣在線監測系統（CEMS）對煙氣入口及出口煙氣數據進行實時監測，其中出口監測數據實時上傳環保局在線監測平臺。所安裝CEMS型號為SCS-900。目前運行效果良好，在CEMS提供的準確數據下，工藝車間根據在線數據加強工藝運行優化，外排煙氣NOx＜50mg/Nm3、SO2＜35mg/Nm3、粉塵＜5mg/Nm3，全部達到超低排放標準，滿足國家和地方環保法律法規和標準要求，實現了社會效益和經濟效益共同提升的雙贏。

在使用CEMS日常運行期間，需要對設備進行日常的維護。本文主要分析了某企業生產的SCS-900型CEMS的日常維護及故障處理。

2 SCS-900型CEMS組成

煙氣連續排放監測系統，即CEMS是英文Continous Emission Montoring System的縮寫。該系統對固定污染源顆粒物濃度和氣態污染物濃度以及污染物排放總量進行連續自動監測，并將監測數據和信息傳送到環保主管部門，以確保排污企業污染物濃度和排放總量達標。同時，各種相關的環保設備如脫硫、脫硝等裝置，也依靠CEMS的數據進行監控和管理，以提高環保設施的效率。

CEMS系統監測的污染物主要有：二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、顆粒物；煙氣參數主要有：氧含量（O2）、煙氣流速（流量）、煙氣濕度、溫度和壓力等。根據燃料及燃燒工藝的不同，還可監測一氧化碳（CO）、氯化氫（HCl）等。

CEMS系統主要包括四個部分：1）氣態污染物監測子系統，主要對煙氣排放中SO2、NOx、CO、CO2等以氣態方式存在的污染物進行監測；2）顆粒物監測子系統，主要對煙氣排放中的煙塵濃度進行測量；3）煙氣排放參數監測子系統，主要對排放煙氣的溫度、壓力、濕度、含氧量等參數進行監測，用以將污染物的濃度轉換成標準干煙氣狀態和排放標準中規定的過剩空氣系數下的濃度；4）數據處理子系統，主要完成測量數據的采集、存儲、統計，并按相關標準要求的格式將數據傳輸至環保部門。

3 日常維護

3.1 氣態污染物檢測子系統

該系統主要由采樣探頭、取樣管線、各種閥體、冷凝器、過濾器、分析儀等部件組成，日常的維護工作也主要在這幾個部件中展開。

3.2 取樣探頭（見圖1）

取樣探頭的日常維護檢查：1）螺旋加熱器是否正常。如不加熱，會引起樣氣流量過低，探頭腐蝕，濾芯堵塞；2）濾芯是否污物過多，如需清潔，可用壓縮空氣處理，不能用鐵刷和水處理；3）溫控開關及可調溫控器是否正常；4）吹掃電磁閥膜片有無臟物，是否漏氣；5）探頭端蓋密封圈是否完好，四個螺絲是否上緊；6）接頭與管連接處密封是否完好；7）探頭溫度一般設置為140℃左右；8）探頭右側減壓過濾閥的輸入壓力要達到一定值以上才能穩壓不漏氣，需調整到4～6kg；9）檢查吹掃。

圖1 取樣探頭組成

3.2.1 伴熱管線

SCS-900伴熱管線由伴熱帶、保溫材料、取樣管、校準管、鉑電阻等組成。為防止取樣中有些監測氣體易溶于水，在SCS-900系統中，使用伴熱管線進行樣品的傳輸，加熱溫度控制在140℃～160℃，確保樣品在傳輸過程中無損失。

日常維護點：1）取樣管的伴熱帶功率為每米40瓦，根據現場實際所用長度計算整根取樣管加熱功率；2）量取伴熱帶兩端電阻值，若相等且與計算值相對應，則伴熱帶正常。

3.2.2 預處理

預處理主要對煙氣進行除濕、除塵，煙氣超露點時會引起濕氣冷凝，造成煙氣中的水蒸汽與酸霧形成酸性氣體，腐蝕系統內的部件。預處理包含的部件有：冷凝器、電磁閥、手動閥、取樣泵、各種過濾器等。因此日常的維護主要集中在各部件的維護以及各部件之間銜接點的氣密性維護。

日常維護點：1）氣密性檢查，檢查前先將所有接頭的螺帽擰緊；2）泵前氣密性檢查，將針閥順時針旋到底關死旁路，堵死截止閥上端的進氣口，看儀表上浮子流量計，若是降到最低端并靜止不動，則氣密性良好，否則系統可能漏氣，應逐一檢查各接頭密封性；3）泵后氣密性檢查，需小心謹慎操作；4）排水管必須接到儲液桶里并保持管路排水暢通，伸進儲液桶的機柜排氣管不能過深，防止被廢液漫過。由儲液桶引出的排氣管必須引到室外，穿墻及室外部分應纏到取樣管上，利用取樣管的伴熱保證排氣管有一定的溫度，防止冬天管內結冰堵死排氣管；5）檢查機柜顯示燈狀態及各個開關是否正常；6）檢查保護過濾器是否有水漬變色；7）檢查疏水過濾器是否正常；8）檢查蠕動是否正常，排水是否正常；9）檢查制冷器的工作溫度是否保持在設定溫度，制冷狀態是否正常。

3.2.3 分析儀

經過對煙氣的各種處理后，氣體送達分析儀，對樣氣中的氣態污染物濃度進行監測。氣體分析儀的日常維護主要集中在：1）零點校準；2）量程校準；3）氣流量是否正常；4）分析儀顯示的數值是否在正常范圍，狀態指示是否正常。

3.3 顆粒物監測子系統

SCS-900系統中使用的產品為MODEL 2030型粉塵儀，該粉塵儀為激光后散射式粉塵儀，其測量原理如圖2。

圖2 MODEL 2030型粉塵儀光路圖

3.3.1 儀器的校準

具體實施步驟如下：1）系統內部電路及光路配置了零點自動校準，系統每24小時自動進行零點校準；2）系統配備一個校準工具，用于進行零點和跨度校準；3）校準時，旋下蝶形螺母將主機拿下，將校準工具的定位銷對準儀器上的銷孔插入，然后測量輸出值。將校準工具旋轉180度可分別進行零點和跨度校準。

3.3.2 光學元件

光學元件緩慢污染情況，需定期清潔處理。清潔液為50%的酒精蒸溜水溶液，注意不要用含有油的酒精。

3.3.3 吹掃系統

1）采用鼓風機吹掃時，將空氣過濾器卸下后，吹掉上面的灰塵，或用清水沖洗。如過濾器過濾面無損傷，風阻不大，則可繼續使用；2）采用壓縮空氣吹掃時，氣源必須為連續的、無油、無水、潔凈的壓縮空氣。

3.4 煙氣排放參數監測子系統

煙氣排放參數監測子系統中測量的參數為：氧含量、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流速、煙氣濕度，可手工輸入以上幾個參數，在SCS-900系統中，對氧含量的測量是采用內置在氣體分析儀中的氧模塊進行測量的，其取樣方式與氣態污染物一致，采用抽取式。溫度及壓力、流速使用的是原位式測量方式。通過以上參數的測量，可將污染物的濃度轉換成標準干煙氣狀態和排放標準中規定的過剩空氣系統下的濃度。

3.4.1 煙氣氧含量

燃燒期間，由于使用了過量空氣會導致燃煤鍋爐和廢棄物焚燒爐的煙氣中出現氧。國家要求污染物的排放濃度應為折算濃度，因此必須要測量煙氣中的含氧量。

日常維護主要集中在零點校準與量程校準，此外由于該模塊使用的是電化學分析模塊，因此在維護過程中也應檢查其輸出電壓。

3.4.2 溫度、壓力、流速

SCS-900系統中將溫度、壓力、流速作為一體化的設計，在系統日常維護過程中，需將設備從安裝點拆除下來，檢查設備的狀態：1）皮托管是否堵塞；2）壓縮空氣是否漏氣；3）電磁閥機械故障；4）差壓儀表調試。

儀表的調試包含：儀表的阻尼系數、量程的起點、滿量程、機械位置零點調整參數、輸出特性、單位選擇等參數。

3.5 數據處理子系統

數據采集子系統具有以下功能：1）連續24小時自動采集保存煙氣監測數據，來電自啟動恢復；2）實時監控系統的工作套裝，如停電記錄、故障診斷和自動報警并記錄存儲；3）操作運行日志記錄，方便維護和管理；4）可通過寬帶、無線、有線的方式與環保監理部門的軟件平臺兼容，實現遠程數據的傳輸和遙控監測；5）具有數據顯示、處理、輸出、報警等功能。

該部分硬件設備一般包含：上位機、顯示器及數采儀，軟件部分包含一套DAS軟件。日常維護主要從硬件及軟件電源著手。維護點：1）查看DAS主畫面實時數據是否與正常；2）查看并分析巡檢周期內的所有歷史數據和曲線，記錄異常情況；3）檢查DAS系統的轉換協議通訊狀態是否良好。

3.6 其他

以上4個子系統依次巡查后，對分析小屋內的其他設備進行巡檢，巡檢的內容主要包括：1）標氣的配置、有效日期及剩余壓力；2）空調狀況；3）室內溫濕度。

做完巡查后，由巡檢人員填寫日常巡檢記錄表，完成設備巡檢。

4 常見故障分析

4.1 氣體分析儀

4.1.1 氣體分析儀流量異常

正常狀態下，氣體分析儀流量控制在1.0～1.5L/min。流量偏低時，管線、探頭堵塞，檢查抽氣泵是否正常工作。若氣流量偏高，檢查系統各個控制閥體是否正常，管路中是否有漏氣現象。其檢查及操作流程如日常巡檢的要求。

4.1.2 顯示器異常

檢查顯示器的右側是否有“M”或者“F”（正常狀況無顯示）。

查看氣體分析儀內運行故障記錄，確定是何故障，針對不同故障，選用不同處理方法。常見的故障有：1）流量偏低（按照4.1.1處理方式解決）；2）儀表測量顯示******（超過儀表極限值）。

解決方法：1）按手動調零鍵進行一次調零；2）斷電重啟分析儀表；3）如有進水跡象，在儀表正常工作狀態下，用高純氮氣進行對空吹掃（注意吹掃壓力），二氧化硫和氮氧化物的診斷值應該大于30萬，氧模塊的診斷值應該大于8mv；4）若二氧化硫和氮氧化物的診斷值小于30萬，檢查氣室是否污染，具體操作為儀表進氣口通N2，時長30min后，再次檢查診斷值，是否大于30萬，若診斷值依舊低于30萬，則需更換氣室。若氧模塊診斷值小于8mv，要更換氧模塊。

4.1.3 分析儀出現死值

觀察樣氣流量是否正常，氣路是否通暢，分析儀是否有流通的氣體。檢查參比光與探測光數值是否正常，若有異常，則需檢查光路是否正常。

4.1.4 氣體分析儀流量計進水

排除預處理進水故障，分析儀進氣口接N2對氣室進行吹掃，直至流量計內無液態水，對空狀態下分析儀進行校零及量程標定，若標定有問題，需返廠維修。

4.2 粉塵儀

4.2.1 電源故障

粉塵儀無顯示值，要按照圖紙檢查接線是否錯誤；

檢查數據采集系統是否連接電源。

4.2.2 檢查激光發射端是否有激光射出

檢查電纜插接是否得當，檢查各個插頭，確保插座接觸良好；激光光源若損壞，要及時更換；電源故障要及時排除。

4.2.3 測量值極其微弱

查看是否停爐；光源衰減時需使用校準模塊對光源進行檢查，若光源衰減存在問題，要及時更換光源。

4.2.4 測量值總是太高或滿量程

1）檢查防塵片是否受污染，若防塵片受污染，使用棉棒沾酒精擦拭防塵片；2）檢查粉塵儀吹掃是否異常，檢查儀表或吹掃風機是否正常工作；3）檢查光路是否積塵，使用壓縮空氣清理積塵；4）檢查光路是否準直，重新調整光路。

4.2.5 測量值顯示異常

測點反光鏡灰塵過多時，使用棉棒沾酒精擦拭煙道兩側的反光鏡。

4.3 煙氣參數

4.3.1 煙氣流速顯示異常，測量值極其微弱

1）檢查是否停爐；2）檢查流速測點是否堵塞，在機柜上按反吹按鈕，若多次反吹后流速數值依舊顯示異常，則需拆開設備，對其進行監測檢查；3）檢查管路是否漏氣，是否需要更換氣管；4）差壓變送器損壞時，校準變送器，若故障依然存在，更換變送器。

4.3.2 測量值總是太高或滿量程

1）差壓變送器誤差，對差壓變送器進行校準；2）反吹系統異常，檢查反吹系統是否工作正常，清理皮托管內的積塵。

4.3.3 流速儀無數值輸出

1）檢查電源是否發生故障，檢查數據采集器電源是否故障；2）檢查接線是否有誤，對照接線圖，檢查接線是否正確；3）檢查數顯表是否損壞，更換數顯表。

4.4 吹掃單元

反吹系統無風輸出：1）檢查電源、電壓及空氣開關是否正常工作；2）檢查連接管路是否發生故障，是否脫落、堵塞；3）檢查反吹電磁閥是否失效，更換反吹電磁閥。

4.5 數據處理及傳輸單元

4.5.1 打印報表時出現ODBC數據源錯誤

檢查是否安裝有打印機驅動程序，如安裝打印機驅動還是無法進行正常打印，需配置ODBC數據源。

4.5.2 氣體分析儀表面板上面有數據，但DAS主界面上面無數據

在監控系統運行狀態下，查看通訊、數據采集是否正常，如通訊正常，監視設備數據表時D2單元（根據項目所用單元號監控）無數據，則應檢查與PLC通訊所使用的協議是否一致。

4.5.3 屏蔽和恢復Windows桌面

通過組態啟動任務可屏蔽Windows桌面（圖3）。

圖3 Windows桌面

恢復Windows桌面的方法有：1）退出系統，會自行恢復桌面；2）拔掉加密狗，提示演示方式時，退出而不進入系統，會自行恢復桌面；3）同時按下Ctrl+Alt+Del，出現執行新任務的界面；4）輸入執行userinit.exe命令。

4.5.4 畫面顯示標干流量很大，與實際不符

需檢查：1）參數設置中的煙道截面面積是否設置成實際值；2）檢查軟件里的差壓量程是否與就地變送器量程對應；3）檢查計算公式中的濕度，若濕度過大或為過大負值，會引起計算值的較大變化，確保濕度整成，或把公式中的濕度設置為常數；4）計算公式中的壓力，需確認使用儀表為絕壓還是表壓或其他。若為絕壓，公式中不需要再加×6（大氣壓）。

4.5.5 環保聯網是否正常

第一種：安裝在DAS軟件根目錄下的環保數據轉發軟件。環保聯網一方一般只負責數據轉發，通過串口、TCP、UDP三種方式（根據環保局協議選定傳輸方式）把數據轉到DTU或直接發送到平臺，以發送到DTU后由DTU發送到環保局平臺居多，所以判斷聯網是否正常，只需將環保數據轉發程序配置文件里設置“調試＝1”，然后重新運行轉發程序查看是否轉發數據。

第二種：直接安裝的環保數據轉發軟件。左鍵單擊任務欄右下角的SDL圖標，選擇主界面，輸入密碼1211，查看數據是否正常轉發。

4.5.6 調入工程文件無歷史數據

確認所調入的工程文件中是否有數據源，具體看：我的項目備份/myfile/目錄userdatabase.mdf文件是否存在，若無，需更換具有這個文件的工程文件。同樣，在備份工程文件時，需要做同樣的檢查，以保證歷史數據同樣備份。

5 建議

（1）應提升對企業環保管理特別是CEMS管理的認識，強化維護力量，每周至少進行一次巡檢并根據故障問題隨時檢修。

（2）檢查CEMS各組成部件的運行、標準物質（標氣）消耗和有效期等情況，并登記《煙氣自動監測設備運營維護日常巡檢表》。

（3）進行零氣、工作點標氣校準操作，標氣應與實際煙氣的通過路徑一致（含采樣探頭、伴熱管、預處理裝置等），不具備開展此項工作的設備應自行與設備商聯系改造。如維護過程中產生異常數據（含校準過程值、設備調試過程值等）被采集上傳平臺，應上傳《煙氣自動監測設備運營維護日常巡檢表》進行報備，并標識相應的數據。如發生故障，應上傳故障報備《故障記錄臺賬》，并標識相應的數據。

（4）每15天進行零點、跨度校準并記錄、上傳漂移臺賬零點、跨度漂移，應進行24小時作業首日：以零氣和跨度（滿量程的80%～100%）標氣進行校準（含SO2、NOx、氧量），記錄校準后穩定的零點和跨度值作為Z0；24小時后通入與首日相同的濃度標氣，記錄穩定后的零點和跨度值作為Z1漂移=（Z1-Z0）/量程考核指標：低于2.5%滿量程標氣應與實際煙氣的通過路徑一致（含采樣探頭、伴熱管、預處理裝置等）。

（5）每3個月進行全系統校準、流速零點校準、顆粒物零點和跨度校準，并記錄、上傳臺賬，包括全系統校準、零點、跨度校準并記錄漂移情況（按照每15天校準的要求）、線性誤差、響應時間、流速零點校準、顆粒物零點和跨度校準。