烟气排放连续监测系统常见故障分析

烟气排放连续监测系统常见故障分析

何芳芳

安徽安庆皖江发电有限责任公司

摘要：为进一步提高烟气排放连续监测系统运行安全可靠，本文简单介绍了CEMS系统组成，分析了该系统常见故障的原因，结合安徽安庆皖江发电公司CEMS运行维护的经验，详细剖析了该系统各零部件常见故障点，给出了解决故障的方法和改进措施，更好地保证了CEMS系统长周期稳定运行。

关键词：CEMS；故障；SO₂；NO_X；超低排放

随着国家经济进一步提速，火电规模扩张，我国因燃烧煤炭排放的二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NO_X）增加，造成了环境污染。为适应国家超低排放要求，我厂采用SCR脱硝法、静电除尘法、湿式石膏脱硫法，使大气污染物排放浓度符合超低排放标准。同时环保法规定重点排污单位应当如实向社会公开其主要污染物排放情况，接受社会监督。烟气排放连续系统安全稳定运行显得尤为重要。

1. 火电厂CEMS系统简介

CEMS是英文Continous Emission Monitoring System的缩写，即烟气连续排放监测系统。CEMS由颗粒物监测单元和(或)气态污染物SO2和(或) NOx监测单元、烟气参数监测单元、数据采集与处理单元组成。系统测量烟气中颗粒物浓度、气态污染物So和(或) NOx浓度、烟气参数(温度、压力、流速或流量、湿度、含氧量等),同时计算烟气中污染物排放速率和排放量,显示(可支持打印)和记录各种数据和参数,形成相关图表,并通过数据、图文等方式传输至管理部门^[2]。

本文主要是对CEMS常见故障进行分析，CEMS系统常采用非分散性红外辐射的吸收测量原理来测量SO2和NOX，仪器的采样方式目前主要分为两种，即抽取采样法和直接测量法，抽取采样法又分为采样稀释法和直接抽取法；直接测量法又分为内置式测量和外置式测量。 直接测量法因测量探头在环境温度高、有酸性气体环境中，测量探头故障率较高，因一个组分测量需要单独插入式探头，整套设备价格也偏高。稀释采样法测量需要压力稳定、纯洁干净的稀释气体，稀释探头结构复杂，价格高，维护成本高等在实际运行中存在很多问题。直接抽取法能避免直接测量法的探头故障率高、维护量大的缺点，也能具有稀释法测量的准确度高的特点。我厂CEMS系统主要是直接抽取式，少量的稀释抽取式。

直接抽取式主要由三部分组成。（1）取样探头单元；（2）烟气预处理单元；（3）气体分析仪。烟气通过探头的初级过滤进入取样探头箱，通过加热到150℃的伴热取样管进入烟气预处理系统，烟气中的水分被预处理系统排出保留烟气中SO2、NOX等气体。再通过加热到150℃的伴热取样管进入CEMS站房分析柜内进行冷凝法除水后进入分析仪表进行气体测量后传到工控机上通过软件进行数据处理和发送。

2. 常见故障分析

1、分析仪流量低报警

原因有以下几种，探头堵塞、取样管线接头部位堵塞、取样泵工作不正常、冷凝器中冷凝管结冰、系统排气管路堵塞等，应快速检查出故障点。针对具体故障如管路堵塞应进行疏通清理。平时应根据机组运行状况参考设备检修手册针对每套设备制定定期维护工作表，在机组停机期间或长时间运行后应对取样探头、烟气预处理、各管路接头处、粉尘仪风机滤芯、粉尘仪取样管、粉尘仪镜片进行检查疏通和清洗。

2、O2测量值异常升高、SO2测量值异常下降

产生这种现象的原因是取样系统发生漏气，应检查取样管路接头连接处是否漏气、管路是否破损。常用堵住前侧管路观察取样流量高低的检查方法依次判别漏气部位。

3、SO2异常波动

产生此列现象主要是烟气中的水份影响，露点温度与烟气中含量的多少有关，含水量越多，露点越高，对测量影响越大，取样管中有水滴凝结，长时间和烟气中的SO2接触，部分SO2溶于水生成酸性溶液，即使管道加热溶液中的SO2也不会全部挥发，酸性溶液还与烟气中的少量颗粒物反应生成硫酸盐，还会导致管路堵塞，取样管阻力增大等问题^[3]。烟气预处理和冷凝器除水效果不好，较高露点的烟气进入加热的气体分析仪中对仪表测量影响较大。主要是由预处理装置故障、冷凝器效果差、蠕动泵排水不正常、伴热管线温度过低、分析仪表环境温度高或者振动较大导致。此类问题因首先检查烟气预处理系统确认烟气预处理效果正常处理后烟气露点低于-10℃，再检查冷凝器和蠕动泵工作是否正常，查找出故障点，及时更换故障零部件。在新上项目和后期改造中也应注意现场施工，CEMS系统施工安装规范与否是影响系统后期稳定运行的关键因素。对安装气体污染物取样探头的管道位置要满足距离弯头、阀门、变径管下游方向≥2倍烟道直径，以及距离上诉部件上游方向≥0.5倍烟道直径处^[1]。取样管插入的倾斜角要满足在20°-35°。不正确的安装会使抽取的气体不具有代表性导致测量结果不能准确反映烟道中的污染物浓度。倾斜角不合适会导致探头处容易积灰和积水，堵塞探头滤芯和取样管。从探头到分析仪柜伴热管线应放置在桥架内固定好。管线往下的倾斜角应大于5°，不能有U型弯或者水平管路，防止管路积水，影响分析仪测量。

4、SO2分析仪上数据为零

应先用标准气体对SO2通道进行校准，如测量满量程标准气体误差合格且校准通过则可排出分析仪故障，然后应检查烟气预处理和冷凝器除水效果。如果校准未通过可能是分析仪红外光源故障、检测器故障或其他原因。

5、粉尘仪数据异常

产生粉尘数据异常主要原因有风机故障、取样管路堵塞、光源故障、接收器故障等原因，我厂使用的粉尘仪取样管路是一种旁路系统。探头从烟道中抽取部分烟气，通过旋风加热器将烟气中的水滴加热成过热态，然后将过热态的烟气输送到检测室。检测室中包括发射/接收单元，通过测量散射光的的强度来计算粉尘浓度，然后烟气经过喷射器从探头再次排入烟道。出现故障时应第一时间进入现场检查就地显示面板根据故障报警信息来判断故障点。在实际运行过程中常见故障有，一是寒冷天气取样管容易产生冷凝水影响数据测量，导致测量值波动较大，应注意取样管的保温，有条件的可增加伴热装置。二是旋流加热器烟气入口处容易有粉尘沉积导致取样管阻力增大，使测量数据异常，可采取定期清理旋流加热器入口来避免粉尘沉积的问题。

6、分析仪有数据工控机无数据

可能是分析仪与PLC通讯信号线松动、PLC故障、PLC与工控机通讯信号线松动、工控机软件出现问题等。应检查PLC工作状态和各通讯信号线的连接情况、工控机软件运行状态、在线查看PLC数据接收和处理情况。特别要注意更换U23仪表、更新工控机程序或更换工控机时应检查各参数设置正常，应确认仪表校准、自标定、测量无异常后离开现场。

3. 结语

CEMS是电厂环保工作很重要的一部分，通过日常标定校准、定期巡检，可提前发现隐患，将故障消灭在萌芽阶段，大大降低CEMS系统的故障率，保证环保监测数据实时测量和传输。

参考文献：

1. HJ 75-2017，中华人民共和国国家环境保护标准.

2. HJ 76-2017，中华人民共和国国家环境保护标准.

3、张峰，烟气排放监测系统中预处理系统故障分析及处理措施.质量与安全，1000-8772（2015）12-0196-03.