超低排放CEMS反吹后SO2跳變分析解決

文_劉國棟 羅志剛 沈鵬

國能龍源環(huán)保有限公司

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS），是指對大氣污染源排放的氣態(tài)污染物和顆粒物進行濃度和排放總量連續(xù)監(jiān)測并將信息實時傳輸?shù)街鞴懿块T的裝置。在脫硫裝置運行可靠的情況下，SO2濃度能否準確測量，CEMS 系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，與企業(yè)的經(jīng)濟效益和企業(yè)的形象直接相關(guān)。

1 FGD裝置出口CEMS系統(tǒng)介紹

華北某電廠采用濕法脫硫技術(shù)，F(xiàn)GD 出口CEMS 安裝在濕式電除塵后。煙氣SO2采用抽取式紅外氣體光譜法測量。分析儀為SIEMENS 公司ULTRAMAT23。

煙氣經(jīng)過取樣探頭、電加熱采樣管線和冷凝器由取樣泵抽取至分析儀。取樣探頭由過濾器（碳化硅陶瓷2um 孔隙）、加熱裝置組成。取樣探頭還設(shè)計有一個可復用的反吹清掃口（用清潔的壓縮空氣吹掃附在管筒過濾器外表面的浮塵，將其吹掃回煙道）。為保證從取樣點到分析柜傳輸中樣氣不冷凝，避免SO2損失，保證樣氣管通暢，取樣探頭及取樣管線均采用加熱方式（溫度：120 ～140℃），樣氣進入分析柜后，通過兩級壓縮冷凝器對樣氣快速冷凝（溫度+5℃）以滿足分析儀要求。當零點校準時，系統(tǒng)停止取樣，樣氣通路關(guān)閉，標零空氣接通，進行零點校準。

2 脫硫出口CEMS反吹后SO2數(shù)據(jù)跳變問題

1#機組脫硫運行一段時間后，出口CEMS 吹掃結(jié)束，數(shù)據(jù)釋放后SO2濃度會跳變，甚至出現(xiàn)超標的問題。但NO、O2濃度數(shù)據(jù)釋放后，無跳變。期間通過提高供漿量和增加漿液循環(huán)泵的運行調(diào)整，均不能降低出口SO2濃度。持續(xù)10 ～20 分鐘后，出口SO2數(shù)值會慢慢變?yōu)?mg/Nm3，然后調(diào)整供漿量和漿液循環(huán)泵運行數(shù)量至吹掃前工況，出口SO2數(shù)值會維持在5～10mg/Nm3之間。

實例：11 月15 日17 時33 分，1#機組脫硫出口CEMS 自動反吹后，出口SO2濃度由2mg/Nm3突變至20mg/Nm3，然后慢慢升高至35mg/Nm3以上。調(diào)整及數(shù)值跳變詳見圖1 和表1(藍色：SO2濃度；粉紅：吹掃信號；綠色：標定信號)

圖1 出口CEMS 吹掃后SO2 數(shù)值跳變曲線

表1 CEMS吹掃后SO2數(shù)值跳變曲線說明

期間機組負荷穩(wěn)定在315MW，入口SO2濃度2720±30mg/Nm3。

3 SO2數(shù)據(jù)跳變分析

3.1 取樣管線、伴熱系統(tǒng)異常因素影響分析

現(xiàn)場檢查伴熱系統(tǒng)運行正常，伴熱溫度維持130℃；對所有接頭檢查后無脫落、破損情況；取樣系統(tǒng)氣密試驗無泄漏；SO2數(shù)據(jù)跳變發(fā)生在CEMS 反吹后，且NO、O2濃度值在反吹數(shù)據(jù)釋放后無跳變；因此，可排除系統(tǒng)取樣管線漏氣和伴熱系統(tǒng)異常的影響。

3.2 分析儀測量準確性影響分析

3.2.1 分析儀通標氣

出口SO2量程為0 ～200mg/Nm3。通入89mg/Nm3的標氣，測量數(shù)值為88mg/Nm3，，測量誤差〈5%。

3.2.2 第三方環(huán)保數(shù)據(jù)比對

2016 年12 月03 日，對FGD 出口CEMS 進行第三方環(huán)保比對試驗，數(shù)據(jù)見表2。

表2 CEMS環(huán)保比對數(shù)據(jù)

通過標氣測量和第三方環(huán)保比對數(shù)據(jù)，可排除分析儀測量不準確因素。

3.3 冷凝器出力效果影響因素分析

現(xiàn)場拔掉1 級冷凝器前管線，分析儀表的SO2測量值降低不到0；拔掉2 級冷凝器后管線,分析儀表的SO2測量值可降低至0；用水沖洗1 級、2 級冷凝器，恢復取樣煙氣測量。2 小時之后重復拔掉1 級冷凝器前管線與拔掉2 級冷凝器后管線，分析儀表的SO2測量值均可降低至0。

分析：因冷凝器出力不好，樣氣中的水汽凝結(jié)后不能通過蠕動泵排走，水汽就會凝結(jié)在冷凝器中。隨著樣氣的持續(xù)通入，SO2逐漸溶于水，形成亞硫酸。由于亞硫酸不穩(wěn)定，當取樣氣中的SO2含量較低時，亞硫酸分解出的SO2就會使分析儀測量值明顯高于樣氣中的SO2含量。

冷凝器是樣氣進入分析儀前的必經(jīng)環(huán)節(jié)，長期運行，冷凝器有污染物結(jié)晶和殘留含高濃度SO2的水份是正?，F(xiàn)象。向冷凝器通入潔凈空氣的零點校準和人工清理冷凝器，都使進入分析儀的管路更加干凈。CEMS 零點校準和反吹后數(shù)據(jù)變化曲線見圖2(藍色：SO2濃度；粉紅：吹掃信號；綠色：標定信號)

圖2 出口CEMS 零點校準和反吹后數(shù)據(jù)變化曲線

根據(jù)曲線可發(fā)現(xiàn)每次的零點校準標定后，CEMS 測量的SO2數(shù)值是變小的；而每次反吹掃后的，CEMS 測量的數(shù)值是突變增大的。因此，可排除冷凝器出力效果不好的因素影響。

3.4 現(xiàn)場安裝影響因素分析

圖3 脫硫出口CEMS 取樣測量循環(huán)泵啟/停敏感性試驗數(shù)據(jù)曲線

FGD 出口煙氣溫度50℃左右，煙氣含水率基本飽和。為防止取樣套管內(nèi)冷凝水存積，取樣套管需向下傾斜5°安裝。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：取樣探頭法蘭水平安裝，未按設(shè)計要求向下傾斜5°安裝。取樣探頭法蘭水平安裝，取樣探桿里的水不易自動回流到煙道內(nèi)，當探頭反吹時，會引起反吹前后測量值的變化。

3.4.1 無影響分析

現(xiàn)場取樣探桿水平安裝，無法保證全部的冷凝水回流至煙道，會存在少許冷凝水，冷凝水會吸收部分SO2。套管內(nèi)煙氣在上部，冷凝水在下部，煙氣和冷凝水不會充分接觸，因此對測量的影響有限。

3.4.2 有影響分析

部分冷凝水浸濕了取樣探頭側(cè)的過濾器，在過濾器間隙孔上形成水膜，吸收SO2，使測量數(shù)據(jù)變??；當進行探頭反吹后，過濾器間隙孔上形成水膜被吹干凈，實際高濃度SO2的煙氣進入取樣管，進入分析儀，產(chǎn)生吹掃后出口SO2濃度升高。但這種情況，通過提高供漿量和增加漿液循環(huán)泵的運行調(diào)整，應該可以將出口SO2濃度降低。

3.4.3 循環(huán)泵敏感性試驗

11月15日19 時，對1#機脫硫出口CEMS 取樣測量進行循環(huán)泵啟/停敏感性試驗。過程機組負荷穩(wěn)定在315MW，入口SO2濃度維持在2720±30mg/Nm3），詳見圖3 和表3(紅色：SO2濃度)

表3 脫硫出口CEMS取樣測量循環(huán)泵啟/停敏感性試驗數(shù)據(jù)曲線說明

試驗得出：起/停一臺循環(huán)泵對出口SO2濃度的影響在4分鐘左右體現(xiàn)。但吹掃后，出口SO2數(shù)值跳變，通過提高供漿量和增加漿液循環(huán)泵的運行調(diào)整，持續(xù)10 ～20 分鐘出口SO2數(shù)值都不受干預。因此，通過上述有影響、無影響及循環(huán)泵敏感性試驗數(shù)據(jù)可排除取樣探頭法蘭未向下傾斜5°安裝因素。

3.5 取消吹掃運行數(shù)據(jù)分析

12 月6 日CEMS 廠家將取樣探頭處壓縮空氣吹掃電磁閥電源斷開（只發(fā)吹掃指令，但無壓縮空氣吹掃）。負荷在175MW至315MW 之間運行一段時間，期間,出口CEMS 測量SO2濃度一直可以穩(wěn)定維持在10 mg/Nm3以內(nèi)。無數(shù)據(jù)跳變現(xiàn)象，見圖4(藍色：SO2濃度；粉紅：吹掃信號；綠色：標定信號)。

圖4 取樣吹掃電磁閥電源后吹掃/校準變化曲線

4 確定SO2數(shù)據(jù)跳變原因

現(xiàn)場對取樣探頭過濾器后管線是否存在水汽凝結(jié)檢查時發(fā)現(xiàn)：CEMS 取樣探頭后裸漏在外未絆熱取樣管線較長；與取樣探頭連接近段取樣管線內(nèi)有明顯的成股水。

通過現(xiàn)場試驗、上述分析及對探頭處的排查，反吹后出口SO2濃度升高同CEMS 取樣探頭過濾器后側(cè)存在冷凝水有直接關(guān)系。分析如下：運行一段時間后，在取樣探頭過濾器后(內(nèi))側(cè)存在冷凝水，因吸收SO2變成高濃度SO2冷凝水。當進行探頭反吹時，將此處的冷凝水吹回到過濾器上，但未能全部吹入煙道。當?shù)蚐O2濃度的取樣煙氣通過時，吸附在過濾器上的高濃度SO2冷凝水逐漸揮發(fā)，釋放出SO2，從而造成測量數(shù)值偏高，不受運行干預控制。

5 優(yōu)化措施及效果

5.1 優(yōu)化措施

5.1.1 減少冷凝水積存

縮短裸漏在外未絆熱取樣管線長度，保證所有取樣管線均被絆熱電纜包裹，減少取樣探頭過濾器后的冷凝水存量。

根據(jù)設(shè)計要求，調(diào)整取樣探頭向下傾斜5 度安裝，減少過濾器上吸附的水份。

5.1.2 優(yōu)化吹掃程序，提高濾芯吹掃效果

通過優(yōu)化調(diào)整吹掃周期和時間，最大化保證將取樣探頭過濾器上的冷凝水吹掃干凈。參數(shù)調(diào)整見表4。

表4 CEMS吹掃優(yōu)化前后時間參數(shù)表

5.2 效果

通過減少過濾器后側(cè)冷凝水積存和提高過濾器吹掃效果后，每次吹掃后出口SO2濃度波動數(shù)值在5mg/Nm3范圍內(nèi)，運行穩(wěn)定性和準確性得到很好提升,基本消除反吹后SO2濃度跳變的問題。見圖5 (紅色：SO2濃度；藍色：吹掃信號；綠色：標定信號)。

圖5 CEMS 吹掃參數(shù)優(yōu)化后，吹掃后出口SO2 濃度變化曲線

6 結(jié)語

脫硫超低排放,出口SO2濃度控制比較低，出口CEMS 測量SO2濃度穩(wěn)定性和準確性受取樣系統(tǒng)冷凝水的影響更加明顯突出。通過對整個取樣系統(tǒng)分析排查、改進和優(yōu)化，經(jīng)長時間連續(xù)投運，實踐證明優(yōu)化后該電廠脫硫出口CEMS 測量SO2濃度數(shù)值穩(wěn)定、準確，脫硫裝置可靠運行，企業(yè)順利拿到超低排放電價提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。另外建議CEMS系統(tǒng)測點位置嚴格按照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣辦法》（GB/T16157-1996）執(zhí)行；現(xiàn)場嚴格按設(shè)計要求安裝，廠家規(guī)范取樣管路敷設(shè)，做好接口處管道伴熱；CEMS 廠家需提升煙氣取樣系統(tǒng)的預處理能力,并根據(jù)實際情況優(yōu)化調(diào)自動吹掃程序。，