熱電部鍋爐脫硫塔CEMS改造

摘要：介紹了ULTRAMAT23型氣體分析儀的結(jié)構(gòu)，工作原理及其在熱電部鍋爐脫硫塔CEMS中的應(yīng)用。經(jīng)改造，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)零誤差同步傳輸給環(huán)保局。并為熱部脫硫系統(tǒng)的高置運(yùn)行提供了技術(shù)保證，大大提高了脫硫裝置效率。

關(guān)鍵詞：氣體分析儀 PLC 脫硫 改造 環(huán)保

中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X(2012)1(c)-0022-02

1 引言

工業(yè)化的快速發(fā)展，人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，使各國污染控制機(jī)構(gòu)致力于降低SO₂、NOX和粉煤灰等空氣污染物的排放量。CEMS是英文Continuous EmissionMonitoring System的縮寫，意即污染源排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。可對(duì)固定污染源排放煙氣中的顆粒、氣態(tài)污染物的濃度和排放率進(jìn)行連續(xù)地、實(shí)時(shí)地跟蹤測定。檢測結(jié)果可作為環(huán)保執(zhí)法的依據(jù)。

2 項(xiàng)目概況

天津石化熱電部現(xiàn)有9臺(tái)鍋爐，擔(dān)負(fù)著為現(xiàn)有化工裝置提供穩(wěn)定、可靠的電力和蒸汽供應(yīng)的任務(wù)。為滿足天津市《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB12/151-2003)規(guī)定，增設(shè)了鍋爐煙氣脫硫裝置。

已建成的鍋爐脫硫裝置采用石灰石一石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔，該脫硫工藝是以石灰石(CaCO₂)漿液作為吸收劑，通過吸收劑在脫硫塔內(nèi)對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌，發(fā)生反應(yīng)，以除去煙氣中的SO₂。在已建成的兩套脫硫裝置中，每臺(tái)脫硫塔進(jìn)出、口煙道上分別安裝CEMS，其中，二期兩臺(tái)410t/h鍋爐煙氣脫硫裝置中，進(jìn)口煙道上的CEMS為一拖二，即兩套CEMS采用一個(gè)主機(jī)，出口煙道上的GEMS為一對(duì)一，即每臺(tái)脫硫塔出口安裝一套CEMS；三期三臺(tái)420t/h鍋爐煙氣脫硫裝置中，進(jìn)口煙道上的GEMS為一拖三，即三套CEMS采用一個(gè)主機(jī)，出口煙道上的GEMS為一對(duì)一，即每臺(tái)脫硫塔出口安裝一套GEMS。進(jìn)、出口煙道上的GEMS中SO₂分析儀表與石灰石漿液調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，根據(jù)煙氣中SO₂的含量控制石灰石的供漿量，并用于考核脫硫裝置的脫硫率；出口煙道上的CEMS煙氣成分信號(hào)上傳天津市環(huán)保局。

改造前的熱電部二、三期脫硫裝置，進(jìn)口煙道上的CEMS未采用一對(duì)一的形式，煙氣中的SO₂含量無法連續(xù)測量，影響脫硫裝置的自動(dòng)控制，同時(shí)五套脫硫裝置中的出口GEMS由于選型錯(cuò)誤均無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，介于此種情況對(duì)兩套脫硫裝置的全部CEMS進(jìn)行了改造。

3 改造內(nèi)容

3.1 儀表選型

通過對(duì)軍糧城、楊柳青、陳塘莊等兒家電廠的走訪調(diào)研，發(fā)現(xiàn)幾家電廠均采用西門子公司生產(chǎn)的ULTRAMAT23型氣體分析儀來監(jiān)測氣態(tài)污染物的濃度，該系統(tǒng)日常只需做好過濾器更換、排液等維護(hù)工作即可。該套CEMS使用效果明顯優(yōu)于其它同類產(chǎn)品。故此，本次改造選用該套CEMS。

3.2 CEMS構(gòu)成及工作原理，圖1

GEMS構(gòu)成

(1)煙氣成份分析系統(tǒng)：分析對(duì)象為SO₂、NOX、O₂。系統(tǒng)由采樣單元、樣品預(yù)處理單元和分析儀表構(gòu)成。

(2)煙塵濃度監(jiān)測系統(tǒng)。

(3)質(zhì)量流量檢測系統(tǒng)：流量：Qs；壓力：P；溫度：T；濕度：H₂O。

(4)數(shù)據(jù)采集。處理及控制系統(tǒng)。

煙氣成份分析系統(tǒng)：

(1)分析儀表：SO₂和NOx檢測原理為非分散紅外光譜吸收法：當(dāng)紅外光譜的波長與待測氣體的吸收波長相等時(shí)，待測氣體將吸收紅外光譜中相對(duì)應(yīng)的輻射能。

(2)采樣單元：采樣管：采用電伴熱形式，中間樣氣管采用聚四氟乙烯耐腐蝕軟管。采樣管內(nèi)溫度控制在140-160℃，使得煙氣中水含量以蒸氣狀態(tài)存在，防止水結(jié)露與SO₂生成酸，并有報(bào)警裝置。本環(huán)節(jié)，重點(diǎn)要解決以下兩個(gè)問題：

(1)把大量的粉塵堵在探頭過濾器之外，并且定期吹回到煙道之中。

(2)保證水蒸氣不結(jié)露，不能與SO₂反應(yīng)生成稀硫酸(圖2)。

盡管設(shè)計(jì)如此縝密，但是在改造前的脫硫入口使用中，仍存在一些不足之處。為此，在與西門子廠家進(jìn)行改造前期的技術(shù)談判時(shí)，我們CEMS改造小組提出了多條設(shè)計(jì)提案。用以完善和優(yōu)化CEMS，此舉得到了西門子廠家的高度贊評(píng)并逐一應(yīng)用到了本次CEMS改造中，實(shí)踐效果很好。提案如下：

(1)原系統(tǒng)電采樣管線內(nèi)溫度能否達(dá)到溫控器所設(shè)定的140～160℃，從外觀根本無法判斷。提議在PLC中加一采樣管線低溫報(bào)警，當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，機(jī)柜控制面板上報(bào)警燈閃亮。以便巡視人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

①原系統(tǒng)中韻溫控器不帶溫度顯示。提議本1次改造更換為數(shù)顯溫控器，這樣可以從機(jī)柜面板上一目了然的看到樣氣溫度值。判斷工作狀態(tài)是否正常。

②原系統(tǒng)中采樣探頭加熱單元是否正常，只能到就地憑手藤溫度判斷。這樣不便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。提議在PLC中加一采樣探頭低溫報(bào)警，當(dāng)探頭加熱失效時(shí)，機(jī)柜控制面板上報(bào)燈亮，以便于人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決問題。

③原系統(tǒng)中只設(shè)計(jì)了市電供電回路，無備用電源。一旦市電故障，該系統(tǒng)全部掉電，數(shù)據(jù)監(jiān)測中斷，無法上傳給市環(huán)保局。這樣違反了《固定污染源煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)要求及檢測方法》HJ/T 76-2007中的相關(guān)規(guī)定和要求，提議本次改造加裝、UPS供電回路，以確保系統(tǒng)不掉電，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)上傳環(huán)保局。

(2)樣品預(yù)處理系統(tǒng)：①專用電加熱式自動(dòng)控溫取樣探頭，帶低溫報(bào)警。②專用電伴熱自動(dòng)控溫式取樣管。③預(yù)處理單元包括：壓縮機(jī)制冷器、采樣泵、蠕動(dòng)泵。精細(xì)過濾器，反吹單元等。

在煙氣的通道中不斷地從通過加熱探頭提取樣品，探頭加熱不低于165℃，加熱管線加熱在130～160℃之間，這樣氣體不會(huì)產(chǎn)生冷凝。

來自現(xiàn)場采樣探頭的樣品氣，通過一關(guān)斷球閥后，首先進(jìn)入樣品預(yù)處理系統(tǒng)的預(yù)冷器除去樣品氣中的濕氣，凝液集結(jié)在預(yù)冷器的下方，通過排液蠕動(dòng)策排除，然后氣體通過一個(gè)三通電磁閥，自動(dòng)標(biāo)定時(shí)間里外部氣體也通過此閥，接著氣體經(jīng)取樣泵采出。接下去是一個(gè)手動(dòng)三通閥，通過它注入氣體來檢查儀器的靈敏度，接著氣體進(jìn)入主冷卻器進(jìn)一步除濕，除濕后的氣體通過精細(xì)過濾器對(duì)樣氣進(jìn)一步過濾，并檢測冷凝器的故障，產(chǎn)生輔助控制信號(hào)，避免濕氣進(jìn)入分析儀，冷卻器的故障信號(hào)或精過濾器報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生，抽氣泵切斷，故障排除抽氣泵自動(dòng)啟動(dòng)。測量后氣體流入大氣，氣體的冷凝物通過冷凝器下的排液泵排出。系統(tǒng)連續(xù)工作，正常無須維護(hù)。有出錯(cuò)或維護(hù)要求相應(yīng)的信號(hào)送往控制室，維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

(3)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)：CEMS系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)由PLC進(jìn)行采集。采集后的數(shù)據(jù)在控制室通DAs計(jì)算機(jī)上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表生成及與環(huán)保部門通訊等功能由上位計(jì)算機(jī)完成，該系統(tǒng)安裝在控中控制室內(nèi)。

煙塵濃度監(jiān)測系統(tǒng)：散射法檢測儀

激光光源及功率控制保證光源的穩(wěn)定性，激光發(fā)出的650nm束以一個(gè)微小的角度射入排放源，馓光束與煙塵粒子作用產(chǎn)生散射光。背向散射光通過接收系統(tǒng)進(jìn)入傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行處理。測量區(qū)的大小由通過光欄，接受鏡頭參數(shù)及傳感器大小和光源的探角決定。圖3。

質(zhì)量、流量檢測系統(tǒng)：

原理：根據(jù)差壓法測定煙氣排披量。利用壓力傳感器_測定皮托管承受的動(dòng)壓和靜壓。動(dòng)壓和靜壓與被測煙氣的流速成一定的比例關(guān)系，從而可定量煙氣流量。

數(shù)據(jù)采集、處理和控制系統(tǒng)：

PAS-DAS用來獲取和處理來自備分析儀傳輸來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)而有效的控制和處理。PLC是CEM系統(tǒng)盼數(shù)據(jù)采集、控制單元。提供24小時(shí)的記錄接口系統(tǒng)，可以將加工過的數(shù)據(jù)傳輸給DAS，其控制指令通過DAS激活，它能自動(dòng)控制煙氣抽取，將樣氣提供給分析儀，執(zhí)行分析儀的零點(diǎn)和量程校準(zhǔn)，自動(dòng)反吹和冷凝液排放-報(bào)警，計(jì)算以及信號(hào)傳輸與DAS通訊。

4 運(yùn)行效果

6#、7#脫硫塔出、入口CEMS安裝調(diào)試完畢已有一個(gè)月，的時(shí)間了，從目前的運(yùn)行狀況來看，現(xiàn)場分析儀運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)有效性在95％以上，且做到與環(huán)保局進(jìn)行數(shù)據(jù)零誤差同步傳輸。本次項(xiàng)目改造的順利完成，給熱電部脫硫系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供了重要參考依據(jù)，進(jìn)、出口煙道上的CEMS中SO₂分析儀表與石灰石漿液調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，根據(jù)煙氣中SO，的含量控制石灰石的供設(shè)置，一并用于考核脫硫裝置的脫硫率，目前脫硫效率高達(dá)98％。使熱電部脫硫車間徹底擺脫了摸石頭過河的困境。