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熱烈推薦-西門子U23在超低排放中的使用
關于西門子6系列分析儀在正常測量零值或近零顯示負值原因及應對方法
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熱烈推薦-西門子U23在超低排放中的使用
火電廠超低排放改造后,，由于傳統(tǒng)的預處理系統(tǒng)除水不*,，西門子U23分析儀因水氣干擾導致出口SO2漂移嚴重,數(shù)據(jù)頻繁回零或跳變,環(huán)保數(shù)據(jù)無法正常監(jiān)視，調整,，嚴重影響機組安全穩(wěn)定運行.
我司上海湘潤儀器儀表有限公司在積累了大量的西門子U23使用用戶,，也親臨了無數(shù)火電發(fā)電CEMS現(xiàn)場。對現(xiàn)場使用情況十分熟悉,，并對現(xiàn)場存在的問題做了仔細研究和探查,。
背景
隨著國家對環(huán)保要求的不斷提高，CEMS分析儀的重要性越來越高,，火電廠進行超低排放改造以后,，大部分電廠脫硫設備都進行了升改造，通過提高吸收塔高度,，增加噴淋層,，提高SCR效率等方式，脫硫效率基本都滿足國家超低排放標準,，但對于小量程的二氧化硫測量,，由于改造前未引起足夠重視，CEMS預處理系統(tǒng)未同步改造,，導致預處理系統(tǒng)經常出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移，突變回零現(xiàn)象,，給電廠的安全經濟運行帶來很大困擾,，可以說預處理系統(tǒng)的可靠性直接影響脫硫系統(tǒng)設備運行的穩(wěn)定性和環(huán)保數(shù)據(jù)的監(jiān)測和傳輸，直接影響電廠的環(huán)保經濟指標的考核,。
設備現(xiàn)狀
西門子U23分析儀采用的是直接抽取式,，二氧化硫，氮氧化物采用非分散紅外光譜法原理,，氧量采用電化學測量原理,，脫硫出口分析儀量程二氧化硫，氮氧化物,、氧量量程分別是100mg/m3,100mg/m3,，0-25%。
國家的超低排放標準：在基準氧含量6%條件下，煙塵,，二氧化硫,，氮氧化物排放濃度分別不高于10，35,，50mg/m3,超低排放改造后,，為滿足煙氣數(shù)據(jù)測量，我們更換了小量程分析儀,，二氧化硫,，氮氧化物由0-500mg/m3更換為100mg/m3。
由于脫硫CEMS預處理未改造,，在使用過程中,，小量程分析儀經常會產生量程漂移和零點漂移現(xiàn)象(現(xiàn)場很多標零氣直接抽取空氣未處理，導致零點不對）,，據(jù)現(xiàn)場觀察,，在冷凝器溫度為3－5℃的情況下，SO2的溶解度非常高,，經常導致測不出,，數(shù)據(jù)頻繁回零，為保證分析儀精度,，不得已將分析儀零位自標定時間設為1小時,，這樣就會導致標定前后數(shù)據(jù)跳變，大可達到20-30mg/m3,如下圖
由于SO2數(shù)據(jù)頻繁突變或回零,，給運行人員操作調整帶來很大困擾,，經常會導致脫硫出口SO2數(shù)據(jù)異常或超標,，在國家對環(huán)保要求日益嚴格的情況下,，要求火電廠保證環(huán)保數(shù)據(jù)正常，不能因脫硫設備故障,，超標排放,，觸碰環(huán)保紅線，而現(xiàn)狀是經常由于CEMS分析儀問題,，導致數(shù)據(jù)超標,，給公司對外形象造成很大的負面影響，同時也面臨昂貴的環(huán)保電價考核,。在超低排放改造完,，如何保證環(huán)保表計能夠準確，可靠測量,，已經成為困擾火電廠增發(fā)電量,、保證環(huán)保電價的大難題,，改造迫在眉睫。
原因分析
對于CEMS分析儀數(shù)據(jù)漂移,，數(shù)據(jù)波動回零,，經分析引起數(shù)據(jù)波動的主要原因為樣氣中帶水，標零氣中帶水,，有未除去的水汽進入分析儀,，由于西門子U23分析儀SO2測量原理為紅外光譜測量，主要通過測量相關波段紅外線的衰減幅度來測量相應氣體的濃度,，此種測量原理水汽干擾對數(shù)據(jù)的影響非常大,。
傳統(tǒng)冷干直抽法，冷凝器除水設定溫度為3-4℃,，事實上溫度顯示儀顯示的是熱交換器溫度監(jiān)測點處的溫度,，此溫度和出口樣氣溫度是存在差異的。例如冷凝器工作是在正壓或是負壓,，樣氣露點就有明顯的差別,。將出口樣氣顯示溫度當作出口樣氣露點，是技術上的誤解,，實際露點約為6-10℃(采用手持式露點儀監(jiān)測),，由于實際露點高，容易造成冷凝水析出,。煙氣中易溶性氣體SO2,，會溶于冷凝水而生成相應的酸，從而導致目標酸性氣體的濃度測量值比實際值要低,，嚴重時因吸收嚴重會發(fā)生SO2*測不出的問題,。通過相關研究可知：含SO2煙氣通過定量冷凝水后,煙氣中SO2的部分總要被溶解吸收,表現(xiàn)在測量系統(tǒng)的當量響應時間從數(shù)分鐘延長到數(shù)十分鐘,測量誤差十分嚴重；特別是測量SO2濃度較低且含水量高的煙氣時,，測量誤差問題尤為嚴重,。例如在170ppmSO2，34.52%水氣組成的模擬煙氣中,，SO2損失高達60%,。
SO2在不同溫度下在水中的溶解度曲線
上圖為SO2在不同溫度下在水中的溶解度曲線，通過這條曲線可知：隨著溫度的降低,，SO2在水中的溶解度逐漸升高，當冷凝器的運行溫度3-5℃范圍時,，SO2的溶解度很高,，再加之有冷凝器存在勢必析出冷凝水，這樣,，SO2在冷凝器中的損失是比較高的,。同時由于相應的酸具有較強的腐蝕性,，會嚴重腐蝕分析儀的氣室，導致分析儀的損壞,，提高了CEMS系統(tǒng)的維護成本和設備更換成本,。
經過詳細分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有預處理還存在以下問題：
1,、探頭未采用加熱型探桿,，會導致取樣煙氣在探頭取樣處發(fā)生冷凝，造成SO2被吸收,。
2,、伴熱管線溫度不夠(現(xiàn)場還有很多用只能加熱到120左右的，建議換了180度或以上）,，采樣管線過長,，有U型轉彎處可能存有積水之類的（建議定期沖洗）CEMS在抽樣氣過程中，煙氣溫度降到定值時,，其中的蒸汽會凝結成水,，而SO2能與水反應生成亞硫酸，如果取樣管線中有水,，不但會影響測量準確性,，而且會嚴重影響儀表的使用壽命，要保證煙氣中的蒸汽不凝結,，必須保證溫度在凝結點以上,，為了避免取樣管中的蒸汽凝結成水，取樣管都有伴熱裝置,，由于伴熱管線距離太長,，伴熱溫度還設到以前的120℃，已經不能滿足超低排放改造的要求
3,、機柜內伴熱不全,，通常伴熱管線只連接到CEMS小屋內的控制機柜，但機柜內有部分樣氣管線沒有伴熱,，非常容易發(fā)生冷凝,。
4、冷凝器冷凝效果不佳（建議溫度設到2度左右）,。
現(xiàn)預處理只有過濾,，個蠕動泵，煙氣經過冷凝器降溫過程中,，冷凝的水氣不能及時排出,，形成預處理的保護過濾器儀表進氣口有掛水現(xiàn)象。
5,、標零氣沒有經過處理在室內或室外抽取,，造成SO2零點不對,，測量不準（建議經過預處理，如果在實測SO2長期在10MG/M3的建議使用高純空氣或使用零氣發(fā)生氣）
6,、標零周期太長,，或沒有自動標零功能。（建議標零周期為2-4個小時）
建議改造方案
CEMS分析儀數(shù)據(jù)波動,，頻繁回零,，主要原因就是SO2受水氣干擾比較大，改造目的就是要保證預處理除水*,，避免SO2溶于水,。
針對現(xiàn)場預處理現(xiàn)狀，我們經過了詳細分析,，主要做了以下改造建議：
1,、更換伴熱質量好，耐高溫的伴熱管線,，將伴熱溫度提高到180℃及以上,，同時采樣探頭采用全程加熱使探頭，保證樣氣從取樣處到CEMS小室管線中不會有積水,。
2,、完善機柜內伴熱及保溫，機柜內裸露的樣氣管全部敷設伴熱并用保溫帶包裹好,，防止在柜內煙氣冷凝,。
3、更換高質量的冷凝器(如加酸）,，將以前的制冷,，更換為兩，同時增加蠕動泵,，確保冷凝器出水排水暢通,。
4、嚴格保證CEMS小室內溫度保持在20℃左右,，特別是夏天要保證空調工作正常,，現(xiàn)場曾發(fā)生過因空調故障，導致冷凝器制冷效果不佳,，脫硫出口SO2數(shù)據(jù)突變回零現(xiàn)象,，處理好空調后故障消失。而且分析儀溫度太高,，也容易造成溫漂(可參考分析儀選擇手冊）,。
5、增加Nafion滲透干燥器
Nafion管中氣體的遷移是以其對磺酸基的化學親和力為基礎的,，由于磺酸基具有很高的親水性,，所以Nafion管壁吸收的水份，會從個磺酸基向另個磺酸基傳遞,，終到達另外側的管壁,，Nafion管在連續(xù)的除濕過程中，只選擇性的去除煙氣中的水份,，水氣經過鈉分管進行分離,，分離后的水氣，通過接入經過濾,、干燥,、無油的儀用氣，將水分吹走,，保證進入分析儀的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,。能及時排出，形成預處理的保護過濾器儀表進氣口有掛水現(xiàn)象,。
6,、保證標零氣的準確性
自動標零時，自動標零的空氣也很重要,，建議經過預處理,，因為標零氣含有水氣也會影響SO2零點偏差（因天氣而議，少差三五個,，多則大幾十個,如果實測小的可以用使用零氣發(fā)生器,，特別小的使用高純空氣）
結論：
事實證明，經過改造后的脫硫出口CEMS分析儀SO2,，NOX數(shù)據(jù)測量穩(wěn)定,，準確，滿足了環(huán)保需求,。
熱烈推薦-西門子U23在超低排放中的使用