CEMS設備日常維護問題總結

喬 棟

（山西大唐國際臨汾熱電有限責任公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

本廠2×300MW 機組為空冷、供熱、脫硫、脫硝、小機直接排空冷島汽輪發電機組。汽輪機為上海汽輪機廠生產的CZK300-16.7/0.4/538/538 亞臨界、單軸、中間再熱、雙缸雙排汽、空冷、抽汽凝汽式汽輪機。鍋爐為哈爾濱鍋爐有限責任公司制造的HG-1092/17.5-YM28，鍋爐型式為亞臨界參數、自然循環、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風、擺動式燃燒器、四角切圓燃燒、固態排渣、半露天布置、全鋼構架懸吊結構、燃煤Ⅱ型汽包爐。本廠DCS系統采用北京日立華勝控制有限公司的HIACS-5000M 系統。1 號機組于2010 年12 月15 日投產，2 號機組于2011年01 月04 日投產，相應脫硝、脫硫設施同時投產。2015年10 月對1 號機組進行脫硝、脫硫超低排放改造，同時將CEMS 環保設備由杭州聚光科技的CEMS-2000 系統更換為北京雪迪龍SCS-900 煙氣連續監測系統。2016 年對2 號機組進行脫硝、脫硫超低排放改造。

1 設備系統介紹

圖1 設備氣路圖Fig.1 Equipment gas road map

圖2 探頭箱實物圖Fig.2 Physical map of probe box

雪迪龍SCS-900 CEMS 系統選用的是電加熱直接抽取法。系統由取樣單元、預處理單元及分析單元組成。取樣單元由探頭箱、專用伴熱管路、匯氣箱組成。預處理單元由濕度儀、取樣泵、制冷器、蠕動泵及相關電磁閥、截止閥及管路組成。分析單元主要由西門子Ultramat23 分析儀及二氮轉換器組成。系統配置西門子SMART 系列PLC 對外圍設備（如探頭反吹電磁閥SV101、截止閥SV1、濕度截止閥SV2，皮托管吹掃閥SV11）進行控制，以完成相應探頭吹掃、CEMS 自標定等操作。SCS-900 CEMS 系統氣路圖如圖1 所示。

2 設備工作原理

探頭箱內包括取樣探頭、反吹電磁閥、反吹壓縮空氣儲氣罐、溫控開關、探頭加熱器、探頭濾芯及相關管路、接頭。探頭加熱溫度一般設置在140℃～180℃[1]。反吹電磁閥在PLC 的控制下每3 個小時對探頭濾芯進行反吹，防止煙氣中的灰塵堵塞濾芯，造成流量下降。反吹電磁閥每次吹掃時動作3 次，每次持續5s，間隔為10s。探頭箱實物圖如圖2 所示。

SCS-900 系統濕度儀每小時工作50min，這就導致程序設定濕度儀旁路電磁閥（SV1）每小時失電10min（SV1電磁閥為帶電關閉式）。系統反吹時SV1、SV2 電磁閥同時帶電關閉，隔絕取樣管路。這樣既可以保證探頭反吹效果，也可以防止高壓壓縮空氣進入分析儀機柜內，導致機柜內設備損害或管路接口脫開。系統取樣動力來源為取樣泵。取樣泵運行中，取樣膜片做上下往復運動，通過形成負壓及逆止閥完成煙氣采樣。樣氣進入分析儀機柜后，首先經過濕度儀進行濕度測量，而后經過一級冷卻、保護過濾器、二級冷卻后進入分析儀進行成分分析。使用空氣進行自標定時，空氣經過二級冷卻器去除水份。制冷器形成低溫，煙氣經過玻璃冷腔完成水份分離，樣氣中冷凝水通過蠕動泵排除至儲液罐[2]。

SCS-900 CEMS 系統氧量測量采用電化學法，日常巡檢中應定期查詢氧分析模塊電壓值，電壓低于6.0mV 時U23分析儀將觸發維護請求，應盡快更換。氧分析模塊電壓低于5.0mV，分析儀將觸發故障報警。

3 設備常見故障

CEMS 設備日常巡檢中應檢查分析儀樣氣流量、蠕動泵工作情況、制冷器排風扇排氣溫度是否高于環境溫度，并定期清理制冷機散熱片上積灰，防止積灰影響散熱。同時雙室玻璃冷腔中防凍液液位及顏色應定期檢查，本廠曾出現因反吹電磁閥密封老化導致探頭反吹壓縮空氣沿取樣管路返回至分析儀機柜內，導致玻璃冷腔破裂的情況。為便于巡檢，及時發現預處理制冷系統故障，對儲液罐增加液位標簽，每日巡檢記錄各機柜儲液罐液位。同時，記錄小間內溫度、濕度[3]。室內溫度應保持在15℃～30℃，相對濕度應≤60%。

SCS-900 系統運行中，常見故障有氧量偏高、NOX 測量偏低、流量偏低。

本廠CEMS 運行中出現過在自動吹掃后O2增至21.00%，NOX 降至0.0ppm 的現象。原因大致有以下幾種：

◆ 因反吹時濕度儀旁路電磁閥SV1 內漏，導致探頭反吹時高壓壓縮空氣沿取樣管路到達分析儀機柜內，導致蠕動泵與排水管軟連接氟橡膠管崩脫。

◆ 探頭反吹電磁閥SV101 因工作環境溫度高，工作時通過冷壓縮空氣，導致電磁閥內NBR（丁腈橡膠）密封墊老化變形內漏。

◆ 蠕動泵排水管脫開。

運行中CEMS 氧量偏高，原因大致有以下幾種：

◆ 探頭處取樣接頭漏氣。

◆ 分析儀機柜內濕度儀接頭漏氣。

◆ 分析儀機柜內蠕動泵泵管漏氣。

◆ 分析儀機柜內自標定兩位一通電磁閥內漏。

◆ 分析儀機柜內保護過濾器密封圈老化漏氣。

◆ 氧分析模塊零點漂移。對氧分析模塊進行標定或對系統進行手動自標定。

取樣流量過低，原因大致有以下幾種：

◆ 探頭濾芯堵塞。日常巡檢中加強對匯氣箱內匯氣罐各流量計流量情況分析，定期對探頭濾芯進行人工吹掃。

◆ 取樣泵膜片磨損或取樣泵處力不足，應定期更換取樣泵膜片或取樣泵。

◆ 制冷器故障、散熱風扇故障停轉、散熱片積灰過多導致散熱效果不佳；制冷器溫度升高，導致制冷器溫控器觸發報警，聯鎖停運取樣泵。

◆ 制冷器溫控儀損壞，聯鎖誤動作，導致取樣泵停運。

◆ 濕度儀內部腐蝕，導致流量降低。

◆ 二氮轉換器內部堵塞，導致流量降低。

測量值偏低，原因大致有以下幾種：

◆ 分析儀發生零點漂移。

◆ 蠕動泵排水效果不佳或故障，導致分析儀內管路中積水。

◆ 伴熱管線伴熱溫度不佳，導致取樣管路內形成冷凝式，樣氣中NOX溶于冷凝水，使測量值偏低。

1395 Effect of attachment patterns on post-traumatic stress disorders of parents who lost their only child

原設計中探頭取樣管到達匯氣箱內經兩個PTFE 三通接頭匯集為一路，經主取樣管路送至分析儀機柜。此種設計無法監測各個探頭的工作情況，導致對探頭進行定期人工吹掃時多次發現部分探頭堵塞嚴重。為此將匯氣箱內樣氣匯集裝置設計為帶流量計的匯氣罐，可以通過流量計監測各個探頭的堵塞情況，便于CEMS 系統的維護。同時，可以使用流量計進行隔離操作，在檢查氧量偏高問題時，可以迅速排查各個探頭的密封情況，在降低排查困難度的同時，大大縮短故障排查時間。匯氣罐設計有串聯式雙排污閥，定期對匯氣罐進行排污。

蠕動泵的作用是將煙氣通過制冷器而冷凝析出的水份排出至儲液罐。蠕動泵停止工作將使雙室冷腔中的積水無法排出，使煙氣含水量增加。西門子ULTRAMAT 23 分析儀采用非分光紅外法（NDIR），分析腔內水分過高，將直接影響測量的準確性，導致測量值偏低且波動較大。

4 系統改進

隨著環保壓力的不斷增加，CEMS 設備的定期維護及運行人員對運行參數的及時調節，對于保證環保數據正常及設備溫度可靠運行至關重要。為及時提醒運行人員CEMS 設備反吹時間，防止反吹時瞬時超標數值被長期保持引發環保事故。在DCS 畫面中增加了CEMS 設備反吹倒計時。本廠CEMS 設備采用雪迪龍SCS-900 煙氣連續監測系統，分析儀為西門子產ULTRAMAT 23 分析儀，設置反吹間隔為180min，反吹時間為10min（反吹包括探頭反吹、系統標定、樣氣置換3 個過程）。因反吹時間復位信號采用CEMS 系統標定信號，但是系統自動標定和維護人員對設備進行量程標定都會使該信號置位。若在一臺CESM 設備進行量程標定過程中恰逢另一臺CEMS 設備自動標定，就會導致DCS 畫面上兩臺CEMS 設備的反吹時間出現重疊（CEMS 設備的反吹時間為10min），實際時間由U23 分析儀設置。將反吹時間復位信號更換為反吹電磁閥動作信號，可以解決這一問題。反吹電磁閥動作信號只有在CEMS 設備自標定，開始進行探頭反吹時才會觸發。反吹倒計時邏輯如圖3 所示。

圖3 反吹倒計時邏輯Fig.3 Backblow countdown logic

針對皮托管流量計安裝法蘭處易因冷熱沖擊產生冷凝水，同時煙氣中NOX、SO2溶于冷凝水形成酸性溶液，導致連接法蘭產生腐蝕的情況。相應的對皮托管連接法蘭敷設電伴熱并相應增加保溫，以減少因冷熱沖擊帶來的煙氣中濕氣冷凝腐蝕，延遲皮托管壽命。

針對脫硫CEMS 設備因小間靠近煙道冷凝水排水地坑，環境空氣中SO2、NOX含量較高，CEMS 設備自動標定時多次發生自標定偏移超出設定值而觸發“M”維護請求的情況。使用壓縮空氣作為CEMS 設備自動標定的樣氣，相應增加壓縮空氣凈化、除油、過濾裝置，保證樣氣質量。因壓縮空氣壓力較高發生過一次蠕動泵排水管路連接軟管脫開事故，導致環保數據異常。研究決定使用萬能膠對蠕動泵、排水管路進行膠接，同時增加減壓組件，經膠接后未發生蠕動泵排水管路連接軟管脫開事故。

檢修中發現雪迪龍原裝采樣探桿為組合式，探桿與法蘭使用螺紋連接，有運行中存在因振動掉落風險，故使用一體化采樣探桿進行更換，以防止因采樣探桿掉落影響下游設備運行安全。同時，原裝采樣探桿材質耐磨性較差，出現不同程度磨損，磨損較嚴重者探桿頭部迎煙面已因磨損形成，同時因探桿磨損變短，導致采樣代表性下降，采用耐磨材質不銹鋼探桿取代原裝探桿。

雪迪龍原裝匯氣箱內無伴熱，使樣氣在取樣管路中水汽冷凝形成冷凝水，存在因樣氣成分溶解于水，導致測量偏低或測量波動情況；同時也存在冬季因取樣管路中冷凝水凍結，導致取樣中斷情況。探頭反吹時取樣管路內積水聚集于濕度截止閥SV2 入口，系統完成自動標定后濕度截止閥SV2 失電打開，濕度測量值存在階躍式波動。

在濕度儀至一級冷腔管路中增加定制低壓安全閥，并增加泄放口封堵，保證在濕度儀旁路電磁閥SV1 或截止電磁閥SV2 嚴密性下降時，能將反吹壓縮空氣及時泄壓，保證下游設備安全。同時，日常巡檢發現泄放口封堵丟失后，立刻組織對SV1、SV2 電磁閥進行嚴密性排查，有效降低設備故障率。

5 總結

比較而言，CEMS 系統是一個維護量較高的設備。因設備接頭較多、相關設備眾多，加強日常巡檢，做好設備劣化分析及維護保養可有效降低CEMS 設備故障率，確保設備的安全運行，從而使CEMS 真實、可靠、準確地反映企業的煙氣排放情況。