火電廠超低排放改造后,，由于傳統(tǒng)的預(yù)處理系統(tǒng)除水不*，西門子U23分析儀因水氣干擾導(dǎo)致出口SO2漂移嚴(yán)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(diào)整,，嚴(yán)重影響機組安全穩(wěn)定運行.

        我司上海湘乾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(xì)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(jìn)行超低排放改造以后，大部分電廠脫硫設(shè)備都進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，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(yù)處理系統(tǒng)未同步改造，導(dǎo)致預(yù)處理系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移,，突變回零現(xiàn)象,，給電廠的安全經(jīng)濟運行帶來很大困擾，可以說預(yù)處理系統(tǒng)的可靠性直接影響脫硫系統(tǒng)設(shè)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(jīng)濟指標(biāo)的考核,。

    設(shè)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)：在基準(zhǔn)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(yù)處理未改造,，在使用過程中，小量程分析儀經(jīng)常會產(chǎn)生量程漂移和零點漂移現(xiàn)象(現(xiàn)場很多標(biāo)零氣直接抽取空氣未處理,，導(dǎo)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(jīng)常導(dǎo)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(biāo)定時間設(shè)為1小時，這樣就會導(dǎo)致標(biāo)定前后數(shù)據(jù)跳變,，大可達(dá)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(diào)整帶來很大困擾，經(jīng)常會導(dǎo)致脫硫出口SO2數(shù)據(jù)異?；虺瑯?biāo),，在國家對環(huán)保要求日益嚴(yán)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(shè)備故障,，超標(biāo)排放，觸碰環(huán)保紅線,，而現(xiàn)狀是經(jīng)常由于CEMS分析儀問題,，導(dǎo)致數(shù)據(jù)超標(biāo)，給公司對外形象造成很大的負(fù)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(zhǔn)確，可靠測量,，已經(jīng)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(jīng)分析引起數(shù)據(jù)波動的主要原因為樣氣中帶水,，標(biāo)零氣中帶水,，有未除去的水汽進(jìn)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(guān)波段紅外線的衰減幅度來測量相應(yīng)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(shè)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(fù)壓,，樣氣露點就有明顯的差別。將出口樣氣顯示溫度當(dāng)作出口樣氣露點,，是技術(shù)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(yīng)的酸,，從而導(dǎo)致目標(biāo)酸性氣體的濃度測量值比實際值要低,，嚴(yán)重時因吸收嚴(yán)重會發(fā)生SO2*測不出的問題。通過相關(guān)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(dāng)量響應(yīng)時間從數(shù)分鐘延長到數(shù)十分鐘,測量誤差十分嚴(yán)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(yán)重。例如在170ppmSO2,，34.52%水氣組成的模擬煙氣中，SO2損失高達(dá)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(dāng)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(yīng)的酸具有較強的腐蝕性，會嚴(yán)重腐蝕分析儀的氣室,，導(dǎo)致分析儀的損壞,，提高了CEMS系統(tǒng)的維護成本和設(shè)備更換成本。

經(jīng)過詳細(xì)分析,，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有預(yù)處理還存在以下問題：

1,、探頭未采用加熱型探桿，會導(dǎo)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(zhuǎn)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(jié)成水，而SO2能與水反應(yīng)生成亞硫酸,，如果取樣管線中有水,，不但會影響測量準(zhǔn)確性，而且會嚴(yán)重影響儀表的使用壽命,，要保證煙氣中的蒸汽不凝結(jié),，必須保證溫度在凝結(jié)點以上，為了避免取樣管中的蒸汽凝結(jié)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(shè)到以前的120℃,，已經(jīng)不能滿足超低排放改造的要求

   3,、機柜內(nèi)伴熱不全，通常伴熱管線只連接到CEMS小屋內(nèi)的控制機柜,，但機柜內(nèi)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(shè)到2度左右）,。

    現(xiàn)預(yù)處理只有過濾，個蠕動泵,，煙氣經(jīng)過冷凝器降溫過程中,，冷凝的水氣不能及時排出,，形成預(yù)處理的保護過濾器儀表進(jìn)氣口有掛水現(xiàn)象。

   5,、標(biāo)零氣沒有經(jīng)過處理在室內(nèi)或室外抽取,，造成SO2零點不對，測量不準(zhǔn)（建議經(jīng)過預(yù)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(biāo)零周期太長，或沒有自動標(biāo)零功能,。（建議標(biāo)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(yù)處理除水*,，避免SO2溶于水。

     針對現(xiàn)場預(yù)處理現(xiàn)狀,，我們經(jīng)過了詳細(xì)分析,，主要做了以下改造建議：

     1、更換伴熱質(zhì)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(nèi)伴熱及保溫,，機柜內(nèi)裸露的樣氣管全部敷設(shè)伴熱并用保溫帶包裹好,，防止在柜內(nèi)煙氣冷凝。

     3,、更換高質(zhì)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(yán)格保證CEMS小室內(nèi)溫度保持在20℃左右,，特別是夏天要保證空調(diào)工作正常，現(xiàn)場曾發(fā)生過因空調(diào)故障,，導(dǎo)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(diào)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(xué)親和力為基礎(chǔ)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(dá)另外側(cè)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(jīng)過鈉分管進(jìn)行分離，分離后的水氣,，通過接入經(jīng)過濾,、干燥、無油的儀用氣,，將水分吹走,，保證進(jìn)入分析儀的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。能及時排出,，形成預(yù)處理的保護過濾器儀表進(jìn)氣口有掛水現(xiàn)象,。

       6、保證標(biāo)零氣的準(zhǔn)確性

         自動標(biāo)零時,，自動標(biāo)零的空氣也很重要,，建議經(jīng)過預(yù)處理，因為標(biāo)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(jié)論：

     事實證明,，經(jīng)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(zhǔn)確,，滿足了環(huán)保需求,。