降低脫硫CEMS測量氣路含水量的方法

楊尹

【摘??要】隨著我國社會主義市場經濟的飛速發展，我國各行各業的發展都得到了快速的提升。與此同時帶來的是日益嚴峻的環境形勢，濕法脫硫工藝被廣泛應用，由于煙氣經過吸收塔后濕度較高，抽取式的監測設備長期運行后，氣路內含水量較大，對氣路所有環節管路和設備腐蝕非常嚴重，縮短了使用壽命，也增高了設備故障率的發生。希望通過本文的分析研究，給行業內人士以借鑒和啟發。

【關鍵詞】CEMS;含水量;煙氣預處理

1?引言

經過多年的持續技術進步和工藝優化，目前硫磺回收裝置的硫回收率已達99.9%以上，外排尾氣中SO2含量已經降到500mg/m3（折合氧含量3%，干基，下同）以下，部分裝置甚至達到200mg/m3以下。但仍無法滿足2015年頒布的國家大氣污染物排放標準（GB31570-2015），SO2質量濃度小于的100mg/m3排放限值要求，需要進行尾氣脫硫改造。硫磺回收裝置尾氣與常規煙氣不同，氣量小，工況復雜。除了正常運行工況外，還存在硫磺回收裝置開停車時的高硫濃度、高水含量（超過25%）的開停車工況。部分裝置由于建成時間早，已接近臨界年限，運行穩定性差，即使正常工況下，尾氣污染物濃度及組成也會有較大波動。脫硫改造的難度大于常規煙氣脫硫。某公司#5、#6機組為600MW超臨界燃煤發電機組，該機組煙氣脫硫系統采用高效脫除SO2的濕法石灰石———石膏工藝。吸收塔采用B&W公司提供的托盤式FGD吸收裝置，煙氣由側面進入吸收塔，煙氣與霧狀漿液逆流接觸，使得通過多層噴淋區的煙氣和石灰石吸收劑有效接觸，最終煙氣中水蒸氣的含量大大增加。

2?CEMS概況

裝置CEMS可以在線維護運行，連續監測SO2、NOx、O2濃度，顆粒物濃度，煙氣流速、壓力、溫度等相關參數并統計排放率、排放總量等，能對測量到的數據進行有效管理。整套系統能夠與企業內部的DCS和環保部門的數據系統實時通信。

2.1系統設計

CEMS系統由氣態污染物監測、顆粒物監測和煙氣參數（流速、壓力及溫度等）監測3個子系統組成。氣態污染物監測子系統采用OMA-3000分光光譜氣體分析儀測量SO2、NOx及O2等氣體，該分析儀集成安裝在煙脫塔底下的分析小屋內，采用獨有的熱濕法技術，利用紫外差分技術測量高溫煙氣中的SO2、NOx，系統內置氧化鋯傳感器測量氧含量。煙塵監測子系統采用LDM-100激光粉塵儀，利用激光投射法測量煙氣中粉塵的濃度。煙氣參數監測子系統包括煙氣流速和煙氣濕度的測量。煙氣流速采用差壓變送器測量，通過測量煙氣流動中的全壓和靜壓，得到煙氣的流速。中央單元接收所有設備的信號輸出，通過內部的處理單元轉換為工業現場經常使用的RS-485信號與儀表間機柜內的工作站通信。

2.2日常維護

該儀表在工作日每天正常巡檢兩次，節假日巡檢一次。日常巡檢內容包含伴熱管外觀檢查、伴熱溫度檢查，儀表外觀檢查日歷史記錄檢查，每日數據檢查，使用標準氣（瓶）壓力檢查，監測站房相關附屬設施（空調、排風扇、照明、報警器及滅火器等）檢查。儀表每月例行兩次手動校準，兩次標準氣校驗，一次人工監測比對，至少兩次粉塵儀鏡面擦拭處理，一次采樣探頭清潔檢查。每3個月進行一次全量程校驗，進行一次流速校正，一次粉塵儀校正。

3?CEMS系統運行過程中存在的問題

其主要存在的問題如下：1）從加熱盒中的測量池出口至散熱井入口部分氣路管段暴露在空氣中，無伴熱保溫措施，使得從加熱盒出來的高溫煙氣暴露在環境溫度中，在管中出現冷凝結晶現象，長時間運行后導致氣路阻力變大，甚至堵塞管路，對CEMS系統正常測量產生影響。2）散熱井出力不足，煙氣降溫冷凝效果不好。散熱井屬純機械結構，內部為按魚骨形密集排列焊接的金屬板，背面固定高功率風扇，以加速散熱，通常煙氣經過散熱井后溫度會接近常溫。但由于散熱井出力不足，導致煙氣降溫效果不好，致使進入到第二級TEC冷凝器的煙氣中含水量大且溫度高，冷凝效果不好，含水的煙氣進入到電化學傳感器中，影響CO和O2的準確測量，同時會導致傳感器使用壽命縮短。3）排空氣路連接錯誤，未充分利用提速排空閥的調節作用，導致在用標準氣進行標定時，氣路憋壓，而氣路壓力上升會直接影響到SO2的測量系數的改變，多次標定后，使得SO2系數升至11萬倍，致使SO2測量數值超量程，且無法標回零點。

4?CEMS系統改進及應用

煙氣預處理裝置，采用的是膜滲透原理核心部件是由美國PermaPure公司研發的，20多年前美國PermaPure公司研發了第一個Nafion干燥器。現在Pure干燥器被廣泛應用于全世界的氣體采樣預處理中。PermaPure將這些成熟的技術應用到最新的Mini-GASS氣體采樣預處理系統上。Nafion材料的磺酸基結構使其對水份有極強的滲透性，一個磺酸基團可以吸附13個水分子。當Nafion管內外存在水蒸汽分壓梯度時，磺酸基形成一個離子通道，源源不斷地將水蒸汽從內表面輸送到外表面，外表面的水蒸汽通過壓縮空氣將其帶走。Nafion具有優異的選擇吸收特性，除了胺和一些極性有機物如DMSO、乙醇、有機酸和酮外，對其它氣體沒有任何損失，因此適合用于高精度的氣體分析儀。完全滿足廠內工況需要。完整的Mini-GASS系統可以完成樣氣過濾、干燥除水和樣氣降溫的功能。其特點：一是抗腐蝕性強;二是選擇性好———適用于除NH3外的所有常見氣體;三是除水能力強、效率高;四是不產生冷凝水。

5煙氣預處理效果

首先是除濕效果。原有的直接抽取式CEMS系統，在預處理裝置安裝前，在進冷凝器前端會有冷凝水產生，造成分析儀表排出廢煙氣在冬季會結冰堵塞廢氣管路。待CEMS預處理裝置安裝后，連續兩天采樣管凝結水明顯減少，待CEMS預處理裝置安裝后第三天采樣管處不再有凝結水滴產生，并且經過觀察，該裝置運行穩定時，采樣管凝結水不再產生。說明CEMS預處理裝置對煙氣的除濕效果良好。其次是對設備腐蝕程度的影響。煙氣中酸性氣體溶于水使得設備容易酸性腐蝕，使采樣泵、儀表氣室、氧電池等腐蝕嚴重，每2～3年即需更換，更換頻率較高;安裝本裝置之后，不再有酸性液體的產生，對氣室和氧電池腐蝕性減小，保護了設備，減少了設備的更換頻率，從而達到了節約成本的目的。

6CEMS射流泵更換

CEMS已投用連續運行兩年，因催化煙氣排放過程中帶有少量催化劑，由于時間的積累，部分催化劑沉積在煙氣采樣管路中，造成采樣管路的阻力增大。經過專業廠家技術人員現場分析和實驗，決定嘗試將原射流泵（6L/min）更換為大流量射流泵（7L/min）來解決該類數據異常問題。通過后期自動反吹數據波動情況來看，在更換大流量射流泵后，氣室壓力從70.0kPa增大至79.5kPa，射流泵抽取力度加強，數據異常波動情況得到明顯改善。

結語

總之，在增加了煙氣預處理裝置后有效的降低了氣路內的含水量，進而保護了后續設備更長久穩定地運行，提高了CEMS在線監測設備的正常投運率，保證了環保數據的真實有效。

參考文獻：

[1]常穎，劉文敬，王振國，等.煙氣在線監測系統現狀及思考[J].計測技術，2016，36（3）：1～4.

[2]夏芳.CEMS在催化裂化裝置煙氣脫硫系統中的應用[J].石油化工自動化，2011，47（5）：74～75.

（作者單位：華能國際電力股份有限公司南通電廠）