西門子CEMS在神華國華北京熱電的應用及故障分析

王晶晶

（神華國華北京熱電分公司，北京 100025）

1引言。隨著煙氣污染防治等環保工作的推進，煙氣排放連續監測系統CEMS成為了火力發電廠必不可少的設備。CEMS主要監測的數據有 SO2、NOX、CO、O2，這些煙氣監測數據是環保部門進行排污核定和排污費征收等環境管理的依據，因此CEMS數據的準確測量直接關系到企業的經濟效益和社會形象。神華國華北京熱電分公司(以下簡稱北京熱電)一、二單元脫硫系統、#1~#4爐SNCR以及SCR系統共有煙氣監測裝置10套，均采用西門子公司的ULTRAMAT 23分析儀表，煙氣取樣方式為直接抽取加熱法。10套煙氣監測裝置從2000年12月至2010年5月之間相繼投入運行，運行狀況基本正常，但在運行的過程中也暴露出了一些問題，解決好這些問題是煙氣監測系統穩定運行的保障。

2、西門子煙氣監測裝置系統說明。每套煙氣監測裝置都由氣體采樣、氣體過濾、氣體除水以及氣體分析四部分組成。如下圖

圖1 ：氣體流程圖

2.1 氣體采樣

煙氣經過采樣探頭和電加熱采樣管線由抽氣泵抽取至分析儀表柜。采樣探頭（SP）：由連接法蘭（DN65，PN6）探頭取樣、過濾器（碳化硅陶瓷2m孔隙）加熱裝置、溫控器組成。取樣管線：由PTFE樣氣管、電伴熱加熱帶、保溫層及外防護層組成。采用PT100鉑電阻測溫通過溫控器控制加熱溫度。為保證從取樣點及分析柜傳輸樣氣過程中不出現樣氣冷凝現象，避免SO2損失及樣氣管暢通，取樣探頭及取樣管線均采用加熱方式；溫度設定：120℃---160℃(在探頭溫控器及取樣管溫控器上設置)

2.2 樣氣過濾。樣氣過濾主要通過探頭過濾器來完成，煙氣通過探頭過濾器后經過電加熱采樣管在進入分析之前經過過濾器再次過濾，分析柜內的保護過濾器也起到監視作用。

2.3 樣氣除水。樣氣進入分析儀前，通過壓縮機冷凝器來對樣氣進行快速冷凝，經過致冷器后的樣氣將滿足分析儀的進樣要求。蠕動泵用于冷凝水的排放。致冷器的控制溫度設定在＋5±2℃，當致冷器冷凝溫度不在設定范圍時，將輸出報警接點，這時取樣泵關斷，以避免濕樣氣進入分析儀，從而對分析儀的單元部件造成污染。

2.4 分析儀原理。煙氣的分析采用直接抽取加熱法，測量原理：SO2、NOX采用紅外線分析原理，基于不分光紅外線吸收原理，利用一定波長的紅外的吸收增減來測量氣體的濃度值；O2電化學法，氧傳感器是根據燃料電池的原理工作的，氧在陰極和電解液分界層發生變化，氧濃度值和兩極間產生的電流成正比。

3、煙氣監測系統缺陷統計。2007年至2011年06月，煙氣監測裝置共發生缺陷112條，從缺陷的類型來看，多數為取樣管路堵塞，共有76條，其次為除水裝置故障，共有18條，這兩種缺陷的數量占了總數的83.9%。過濾裝置故障和分析儀本身故障分別為11條和7條占16.1%，如圖3所示：

圖3

4 CEMS典型問題分析及故障處理

4.1 探頭加熱器不加熱導致管路堵塞。

由于脫硫出口煙氣的溫度比較低且含有大量的水分，因此需要對煙氣取樣探頭和取樣管線進行加熱。加熱器的設定溫度在120℃---160℃之間，夏天稍低，冬天稍高。溫度的設定可在溫控器上進行。北京熱電二單元脫硫脫硫出口SO2顯示偏低，取樣氣體流量變小。通SO2標準氣體對分析儀進行標定，分析儀顯示正常。將進入冷凝裝置之前的取樣管路通大氣后，氣體流量正常。從上述情況可以判斷取樣管路存在問題。

對取樣探頭進行檢查，發現探頭加熱棒不熱，且套管中有積水現象。檢查加熱器的供電情況，未發現異常。對溫控器的控制回路進行檢查，發現溫控器的輸出接點不通，調節溫控器的設定值至最低，輸出接點仍不能導通，由此判斷溫控器故障。更換溫控器后取樣探頭加熱正常。由于取樣探頭長時間不加熱，取樣管路前端溫度低產生固體結晶，導致管路不暢，清理固體結晶后取樣氣體流量恢復正常。將取樣管路投入運行后，SO2氣體的含量也逐漸升高至正常測量值。

從上述的處理過程可以發現，由于探頭加熱器不工作，導致探頭套管有積水，探頭濾芯長期處于濕潤狀態，取樣氣體中的部分SO2與水和氧氣反應，至使SO2的含量降低。取樣管路溫度低產生固體結晶，導致管路堵塞。

4.2 蠕動泵泵管老化泄氣

北京熱電一臺ULTRAMAT 23分析儀表流量指示頻繁波動。從流量指示波動的現象來看，產生波動的原因可能是管路中有雜質或者取樣泵工作不穩定。按照圖1的氣體流程圖進行分段排查。首先將取樣從分水器前打開通大氣，發現分析儀表流量指示仍然波動，然后取樣從抽氣泵前邊打開通大氣，流量指示顯示正常，不再波動。從而排除了采樣管和抽氣泵及泵后設備的問題。將分析儀進行對空標定，電磁閥Y1切換至新鮮空氣一路，標定的過程中氣體流量指示波動的現象又出現了。根據氣體流程圖判斷出制冷器冷腔B至蠕動泵之間的設備存在問題。

對蠕動泵進行檢查的過程中發現，蠕動泵泵管有細微的裂紋，致使蠕動泵轉動的過程中，擠壓到泵管破裂處時，有空氣泄露，氣流產生波動，見圖2。更換泵管后流量指示顯示正常。從蠕動泵泵管出現裂紋的情況可以看出，由于蠕動泵運行過程中，泵管被不斷的擠壓排水，使泵管產生磨損，泵管中的水中含有腐蝕性物質，對泵管有一定的腐蝕作用，加速了泵管的老化，最終導致泵管老化破裂。

圖2

4.3 其它故障處理

4.3.1 過濾器積塵變色

樣氣雜質多是積塵的主要原因，容易使探頭過濾器損壞，應對積塵進行清楚。制冷器的溫控器故障以及蠕動泵不工作都會導致排水系統不暢，體現出的現象是過濾器變色，嚴重的情況是過濾器進水，如不及時處理將會使分析儀進水，導致分析儀表損壞。

4.3.2 氧測量濃度偏大。O2的測量值偏大時，說明整個測量回路里有漏氣的情況，應對取樣探頭、氣體排水系統進行檢查，檢查取樣處是否有漏氣現象，蠕動泵工作是否正常，管路各連接頭是否有松動現象。

4.3.3 分析儀檢測組分失效。分析儀中的各煙氣檢測室組分都有一定的使用壽命，到達使用壽命后，將會使測量值無法顯示，直至失效。因此需要根據檢測室的診斷值判斷其使用情況，到達使用壽命時進行更換。

5 日常檢查及維護建議

5.1 檢查過濾器:如有變色或濾芯上有顆粒物時，予以更換并檢查原因。

5.2 流量檢查:檢查分析儀U23上的流量指示,如果U23上出現"樣氣流量低"故障報警，應及時檢查樣氣流路是否有堵塞現象。

5.3 致冷器檢查:檢查致冷器上的溫度指示是否正常。

5.4 蠕動泵檢查:檢查蠕動泵工作是否正常。

5.5 儲液罐檢查:檢查儲液罐內冷凝水積存情況，積水倒水。

5.6 操作狀態檢查:檢查分析系統應處于"自動"運行狀態。

5.7 溫度檢查:檢查探頭溫控器、取樣管溫度控制器是否工作正常。環境溫度是否正常。

5.8 檢查分析儀記錄信息

6 結論

隨著國家環保部門對煙氣排放要求的提高，以及核查力度的加大，電廠煙氣連續排放監測系統CEMS的穩定性和準確性及其重要。作為CEMS的使用者和維護者，在掌握其使用方法的同時，要提高問題的故障判斷和處理水平，縮短處理問題的時間，避免企業因煙氣排放問題遭受經濟損失。

[1]雪抱塵.結合環境監測實際 傳授環境監測技術.[M]河北科技大學學報.2004-12-25.