火電廠煙氣脫硝在線連續監測系統(CEMS)應用中存在問題及解決措施

徐小勇

(浙江藍天求是環保集團有限公司 浙江杭州 310012)

依據我國目前的煙氣排放控制水平，到2020年，火力發電廠排放的二氧化硫(SO2)、煙塵和氮氧化物(NOx)將分別達到2100萬噸、500萬噸和1000萬噸以上[1]。為了防止大氣環境污染的加劇，國家環保部門采取了一系列嚴格的環保政策和有效的技術措施。

脫硝CEMS系統與脫硫CEMS系統相比，脫硝裝置在電除塵（或袋除塵）裝置之前，而脫硫裝置在除塵裝置之后。由于安裝位置發生了變化，因此脫硝裝置的運行工況跟脫硫裝置相差極大。運行工況的變化給按脫硫CEMS技術標準生產的，而實際運用到煙氣脫硝裝置的CEMS運行產生比較的問題。由于脫硝CEMS系統安裝位置的前移，脫硝CEMS系統運行環境將比脫硫CEMS系統更為惡劣，脫硝裝置將面臨著高溫、高粉塵、高負壓等一系列的問題[3]。

CEMS系統是脫硝設施很重要的一個輔助系統，CEMS系統是否正常工作關系到脫硝設施的安全、穩定運行。在實際應用中CEMS系統經常會出現問題，解決好這些問題是脫硝穩定運行的保障。

鑒于該系統越來越重要，其測定數據極有可能成為將來總量收費的依據，因此，尋找問題所在，提出相應的對策建議，以保證CEMS裝置長期穩定的運行，這是非常必要的[4-8]。

2 脫硝CEMS系統組成

CEMS系統主要由四個部分組成，具體如下：

（1）氣態污染物監測部分：監測煙氣中的NOx、NH3濃度等。

（2）煙氣排放參數監測部分：監測煙氣流速、溫度、壓力、氧含量等。

（3）控制系統部分：采用PLC控制，包括系統的采樣、反吹、維護、校準、報警等的控制。同時當系統維護、反吹、校準的時候，系統模擬量信號輸出保持不變，另外當系統處于報警的時候，系統會根據各種報警采取相應的控制。完成數據的采集、處理，并按相關標準要求的數據格式將相關參數上傳環保部門。

3 煙氣脫硝系統中CEMS存在的主要問題

3.1 粉塵濃度高引起的采樣系統堵塞問題

脫硝系統的CEMS布置在省煤器和空預器之間，由于煙氣沒有經過除塵器，煙氣中的粉塵濃度高達30g/m3，有的甚至更高，極易造成煙氣采樣系統堵塞。為了抽取煙氣樣氣到分析儀進行分析，在煙氣抽取的過程中，第一步要在采用探頭位置設置過濾裝置，避免粉塵顆粒進入采樣管，引起采樣管線堵塞，一旦堵塞，處理起來的難度就會很高。同樣，在測量煙氣流速時，也要考慮皮托管的堵塞問題。因而解決好采樣系統中過濾器的堵塞和清理對煙氣樣氣分析至關重要。

共性問題：

1.煙氣采樣系統中采樣管線伴熱效果差，采樣管線的伴熱溫度不能維持在煙氣露點溫度以上，造成煙氣在管內結露、在煙氣中粉塵的共同作用下引起采樣管堵塞。

2.因鍋爐投油助燃，煙氣中的大量油煙污染并堵塞取樣探頭。

3.煙氣中粉塵含量過大，導致取樣探頭內的過濾器堵塞。

4.取樣探頭內的過濾器濾芯孔徑的選擇不合理，孔徑過大，進入取樣管線的灰塵過多。

5.采樣探頭中過濾網的孔徑的選擇太小，增大了堵塞幾率。

6.安裝時，管道彎曲半徑過小或打折，流道受阻，產生堵塞。

7.吹掃時間間隔設置過長。

8.吹掃用壓縮空氣是帶水、含油，從而污染堵塞管道。

3.2 分析儀因無流量而失靈

由于脫硝CEMS的工作環境相當惡劣，可能造成取樣系統堵塞，因此分析儀會因無流量而失靈，監測分析數據失效。

共性問題：

1.取樣管道或探頭堵死。

2.預處理系統內部過濾器堵塞。

3.預處理系統中冷凝器結冰，除濕效果差；

4.預處理系統中蠕動泵故障，冷凝器不能正常工作，除濕效果差。

5.預處理系統中的抽氣泵長時間帶水運行，煙氣抽取不出。

3.3 高溫的問題

一般情況下，脫硫系統入口的煙溫約為115~150℃，脫硫系統出口的煙溫約為50℃（無GGH）。而在脫硝系統入口的煙溫在310~420℃左右，出口煙溫與入口相差不大。因此，如果采用與脫硫CEMS系統相同的測量方法，則采樣探頭、皮托管流量計的取壓元件，溫度儀表等需插入煙道中設備必須選用耐高溫的材料，確保其能在高溫環境下安全、穩定的運行，從而保證數據的準確性。

3.4 腐蝕變形的問題

脫硝系統中的煙氣中含有、NO、NO2、水蒸氣、NH3、和 SO2等。煙氣在反應過程中可能生成酸或者堿以及強酸弱堿鹽等物質。工作環境比較惡劣，采樣探頭、皮托管流量計的取壓元件、溫度儀表都置于煙道內，同時煙道內的煙氣流速比較快（一般為15m/s），這些都會導致傳感器的變形和腐蝕，引起測量儀表失效。

共性問題：

脫硫脫硝系統中的SO2/NO2氣體都易溶于水，溶解體積比分別為 1:40（水:氣）和 1:4（水:氣）。SO2/NO2氣體溶于水后分別生成硫酸和硝酸溶液，該酸性溶液的腐蝕性隨其濃度的增大而變大。

脫硫系統的SO2/SO3原煙氣露點溫度在120℃～130℃；脫硝系統的NOx原煙氣露點溫度在60℃左右。對于直接抽取式CEMS，如果取樣管線溫度控制不當，則污染物氣體會直接結露。

脫硝系統凈化煙氣中NH3與SO3反應生成硫酸氫銨和硫酸銨。這兩種物質都是強酸弱堿鹽，水溶液具有一定的腐蝕性。并且，硫酸銨固體在280℃開始分解，分解物質為硫酸氫銨和氨氣，因此這兩種物質在取樣管中有結晶的可能。

3.5 分析傳感器的量程以及檢出限的問題

針對燃煤鍋爐的實際情況，脫硝裝置前煙道內NOx的濃度在400~1000 mg/Nm3，《大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)規定脫硝后的氮氧化物濃度不大于100mg/Nm3。因此脫硝裝置前后NOx的檢測要求傳感器具有較大的量程，并且具有較低的檢測限，確保脫硝前后NOx的檢測的準確性。

同時，為了防止脫硝過程中還原劑NH3的逃逸造成二次污染，以及生成氨鹽腐蝕下游設備，在脫硝裝置的出口設置了氨逃逸檢測設備，《火電廠煙氣脫硝工程技術規范_SCR》(HJ_562-2010)逃逸氨的濃度不大于3 ppm，因此對逃逸氨設備最低檢測限的要求則更高，一般要求為0.15~0.3 ppm。

4 針對主要問題的解決措施

針對以上脫硝系統中CEMS系統中存在的主要問題，提出相應的對策，以供參考。

4.1 取樣管堵塞解決對策

4.1.1 加強電加熱器裝置的定期維護，保證設備的正常運行，建議伴熱管線的溫度設定的參考值為150℃-180℃。

4.1.2 根據實際煙氣成分，選擇合適的過濾器濾芯。

4.1.3 安裝時，管道彎曲度要平緩，保證流道通暢。

4.1.4 吹掃頻率或者間隔時間必須滿足取樣管基本使用要求。

4.1.5 提高吹掃壓縮空氣品質，確保滿足要求。

4.2 取樣探頭堵塞解決對策：

4.2.1 鍋爐啟動投油階段，一直進行取樣器反吹，避免油煙進入。

4.2.2 根據實際煙氣成分，選擇適合的過濾器濾芯。

4.2.3 定期清洗、及時維護取樣探頭，如每三個月清洗維護一次。

4.3 分析儀因無流量而失靈解決對策：

4.3.1 取樣管道或者探頭防堵見前面相應的對策。

4.3.2 定期檢查、維護預處理系統前置煙氣過濾器，保證其正常工作。

4.3.3 定期檢查、維護冷凝器，保證其除濕效果良好；定期檢查抽氣泵進出口管道帶水情況，及時清理，防止抽氣泵長期超負荷工作。

4.4 取樣管及元件腐蝕解決對策

4.4.1 防止取樣管路因加熱溫度低而結露。

4.4.2 保證除濕裝置的正常穩定工作。

4.4.3 保證系統定期、有效吹掃，做好設備元件的定期檢查和維護工作。

5 結語

本文簡要介紹了脫硝CEMS系統的組成，針對目前市場上的通用的CEMS系統在脫硝過程中可能存在的問題，提出了相應的解決方案。問題解決后設備的運行情況良好，提高了設備的使用壽命，保證了CEMS系統長期穩定的運行，也提高了測量的準確性，為環保部門提供了準確的監測數據。

[1]萬亨.煙氣脫硫脫硝中煙氣排放連續監測系統的應用介紹與分析[J].能源環境保護,2010,24(6):57-60.

[2]《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011).

[3]阿不都可力木·阿不都拉,黃立華等.煙氣脫硝在線連續監測系統應用探索[J].中國環保產業,2012,2(2):23-24.

[4]HJ/T75-2007,固定污染源煙氣排放連續監測技術規范（試行）[Z].

[5]HJ/T 76-2007,固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法（試行）[Z].

[6]賈曉紅.固定大氣污染源污染物排放連續監測系統問題淺析[J].山西能源與節能,2004,34(3):44-451.

[7]朱法華,王飛,潘荔.全國火電廠煙氣連續監測系統運行狀況調研及分析[J].中國環境監測,2000,16(5):7-111.

[8]潘荔,王卓昆,王志軒.我國火電廠煙氣排放連續監測裝置現狀及對策建議[J].環境科學研究,2005,18(4):42-451.

[9]《火電廠煙氣脫硝工程技術規范要求》(HJ562-2010).