超低排放CEMS反吹后SO2跳變分析解決

近年來，火電機組在《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223—2011)的基礎上，實行“超低排放”，出口SO2濃度控制≤35mg?m-3。因濕法脫硫CEMS取樣氣中的SO2易溶于取樣管內的冷凝水，生成不穩定的亞硫酸鹽，再次分解成SO2和水這一互逆反應，在超低排放工況下，脫硫出口SO2濃度低，CEMS反吹后SO2測量數據跳變，甚至超標的問題更加明顯和多發。本文以華北某火電廠為例，根據數據跳變不受運行控制這一特性，從儀表測量、樣氣預處理、現場安裝，運行調整等方面全面排查、詳細分析，準確找到導致數據跳變的冷凝水點。采取規范取樣管敷設，減少冷凝水積存和優化反吹程序，保證濾芯吹掃效果等有效措施，最終解決反吹后數據跳變的問題，保證測量準確，提升脫硫裝置可靠運行度，讓企業順利拿到超低排放電價，提高企業的經濟效益和社會效益。

0引言

2011年7月國家發布了火電大氣污染物超低排放國家標準，要求燃煤機組的大氣主要污染物排放標準達到天然氣燃氣機組的排放標準。華北某電廠于2016年新建投產，處于京津冀環保重地，在滿足現行國家排放標準的基礎上，進一步自我加壓，實施更為嚴格的排放標準，見表1：

表1：污染物排放標準數值

煙氣排放連續監測系統（CEMS），是指對大氣污染源排放的氣態污染物（SO2、NOx等）和顆粒物（煙塵）進行濃度和排放總量連續監測并將信息實時傳輸到主管部門的裝置。正常運行的CEMS數據是環保部門進行超低排放是否達標、排污申報核定、總量控制、排污費征收等環境管理的依據。在脫硫裝置運行可靠的情況下，SO2濃度能否準確測量，CEMS系統監測數據是否穩定，直接關系到企業能否拿到超低排放電價，與企業的經濟效益和企業的形象直接相關。

1FGD裝置出口CEMS系統介紹

華北某電廠采用濕法脫硫技術，FGD出口CEMS安裝在濕式電除塵后。煙氣SO2采用抽取式紅外氣體光譜法測量。分析儀為SIEMENS公司ULTRAMAT23。系統結構見圖1：

圖1-出口CEMS系統取樣結構

圖2-取樣探頭由過濾器

煙氣經過取樣探頭、電加熱采樣管線和冷凝器由取樣泵抽取至分析儀。取樣探頭由過濾器（碳化硅陶瓷2um孔隙，見圖2）、加熱裝置組成。取樣探頭還設計有一個可復用的反吹清掃口（用清潔的壓縮空氣吹掃附在管筒過濾器外表面的浮塵，將其吹掃回煙道）。為保證從取樣點到分析柜傳輸中樣氣不冷凝，避免SO2損失，保證樣氣管通暢，取樣探頭及取樣管線均采用加熱方式（溫度：120～140℃），樣氣進入分析柜后，通過兩級壓縮冷凝器對樣氣快速冷凝（溫度+5℃）以滿足分析儀要求。當零點校準時，系統停止取樣，樣氣通路關閉，標零空氣接通，進行零點校準。 

2脫硫出口CEMS反吹后SO2數據跳變問題描述

01機組脫硫運行一段時間后，出口CEMS吹掃結束，數據釋放后（吹掃時，CEMS數據自保持）SO2濃度會跳變，甚至超標（大于35mg/Nm3）的問題。但NO、O2濃度數據釋放后，無跳變。期間通過提高供漿量和增加漿液循環泵的運行調整，均不能降低出口SO2濃度。持續10～20分鐘后，出口SO2數值會慢慢變為0mg/Nm3，然后調整供漿量和漿液循環泵運行數量至吹掃前工況，出口SO2數值會維持在5～10 mg/Nm3之間。問題實例：11月15日17時33分，01機組脫硫出口CEMS自動反吹后，出口SO2濃度由2 mg/Nm3突變至20 mg/Nm3，然后慢慢升高至35mg/Nm3以上。調整及數值跳變曲線見圖3：(藍色：SO2濃度；粉紅：吹掃信號；綠色：標定信號)

圖3-出口CEMS吹掃后SO2數值跳變曲線

表2：出口CEMS吹掃后SO2數值跳變曲線說明

◆期間機組負荷穩定在315MW，入口SO2濃度維持在2720±30 mg/Nm3。

3SO2數據跳變分析

3.1取樣管線、伴熱系統異常因素影響分析

現場檢查伴熱系統運行正常，伴熱溫度維持130℃；對所有接頭檢查后無脫落、破損情況；取樣系統氣密試驗無泄漏；SO2數據跳變發生在CEMS反吹后，且NO、O2濃度值在反吹數據釋放后無跳變；

因此，可排除系統取樣管線漏氣和伴熱系統異常的影響。

3.2分析儀測量準確性影響分析

3.2.1 分析儀通標氣

出口SO2量程為0～200 mg/Nm3。通入89 mg/Nm3的標氣，測量數值為88 mg/Nm3，測量誤差<5%。

3.2.2 第三方環保數據比對

2016年12月03日，對FGD出口CEMS進行第三方環保比對試驗，數據見表3:

表3：CEMS環保比對數據

通過標氣測量和第三方環保比對數據，可排除分析儀測量不準確因素。

3.3冷凝器出力效果影響因素分析

現場拔掉1級冷凝器前管線，分析儀表的SO2測量值降低不到0；拔掉2級冷凝器后管線,分析儀表的SO2測量值可降低至0；用水沖洗1級、2級冷凝器，恢復取樣煙氣測量。2小時之后重復拔掉1級冷凝器前管線與拔掉2級冷凝器后管線，分析儀表的SO2測量值基本均可降低至0。

分析：因冷凝器出力不好，樣氣中的水汽凝結后不能通過蠕動泵排走，水汽就會凝結在冷凝器中。隨著樣氣的持續通入，SO2逐漸溶于水，形成亞硫酸。由于亞硫酸不穩定，當取樣氣中的SO2含量較低時，亞硫酸分解出的SO2就會使分析儀測量值明顯高于樣氣中的SO2含量。

冷凝器是樣氣進入分析儀前的必經環節，長期運行，冷凝器污染物結晶和殘留含高濃度SO2的水份是不可避免的正常現象。并且該部位對測量的影響效果應是持續疊加的。向冷凝器通入潔凈空氣的零點校準和人工清理冷凝器，都使進入分析儀的管路更加干凈。CEMS零點校準和反吹后數據變化曲線見圖4：(藍色：SO2濃度；粉紅：吹掃信號；綠色：標定信號)

圖4-出口CEMS零點校準和反吹后數據變化曲線

根據曲線可發現每次的零點校準標定后，CEMS測量的SO2數值是變小的；而每次反吹掃后的，CEMS測量的數值是突變增大的。

因此，可排除冷凝器出力效果不好的因素影響。

3.4現場安裝影響因素分析

FGD出口煙氣溫度50℃左右，煙氣含水率基本飽和。為防止取樣套管內冷凝水存積，取樣套管需向下傾斜5°安裝。現場檢查發現：取樣探頭法蘭水平安裝，未按設計要求向下傾斜5°安裝。取樣探頭法蘭水平安裝，取樣探桿里的水不易自動回流到煙道內，當探頭反吹時，會引起反吹前后測量值的變化。

3.4.1 無影響分析

現場取樣探桿水平安裝，無法保證全部的冷凝水回流至煙道，會存在少許冷凝水，冷凝水會吸收部分SO2。套管內煙氣在上部，冷凝水在下部，煙氣和冷凝水不會充分接觸，因此對測量的影響有限。

3.4.2 有影響分析

部分冷凝水浸濕了取樣探頭側的過濾器，在過濾器間隙孔上形成水膜，吸收SO2，使測量數據變小；當進行探頭反吹后，過濾器間隙孔上形成水膜被吹干凈，實際高濃度SO2的煙氣進入取樣管，進入分析儀，產生吹掃后出口SO2濃度升高。但這種情況，通過提高供漿量和增加漿液循環泵的運行調整，應該可以將出口SO2濃度降低。

3.4.3 循環泵敏感性試驗

11月15日19時，對01機脫硫出口CEMS取樣測量進行循環泵啟/停敏感性試驗。過程機組負荷穩定在315MW，入口SO2濃度維持在2720mg/ mg/Nm3±30），數據曲線見圖5：(紅色：SO2濃度)

圖5：脫硫出口CEMS取樣測量循環泵啟/停敏感性試驗數據曲線

表4：脫硫出口CEMS取樣測量循環泵啟/停敏感性試驗數據曲線說明

試驗得出：起/停一臺循環泵對出口SO2濃度的影響會在4分鐘左右會體現。但吹掃后，出口SO2數值跳變，通過提高供漿量和增加漿液循環泵的運行調整，持續10～20分鐘出口SO2數值都不受干預。

因此，通過上述有影響、無影響及循環泵敏感性試驗數據可排除取樣探頭法蘭未向下傾斜5°安裝因素。

3.5取消吹掃運行數據分析

12月06日CEMS廠家將取樣探頭處壓縮空氣吹掃電磁閥電源斷開（只發吹掃指令，但無壓縮空氣吹掃）。負荷在175MW至315MW之間運行一段時間，期間,出口CEMS測量SO2濃度一直可以穩定維持在10 mg/Nm3以內。無數據跳變現象，見圖6：(藍色：SO2濃度；粉紅：吹掃信號；綠色：標定信號)

圖6：取樣吹掃電磁閥電源后吹掃/校準變化曲線

4確定SO2數據跳變原因

現場對取樣探頭過濾器后管線是否存在水汽凝結檢查時發現：

(1)CEMS取樣探頭后裸漏在外未絆熱取樣管線較長。(2)與取樣探頭連接近段取樣管線內有明顯的成股水。見圖7。

圖7：CEMS取樣探頭外側取樣管線

通過現場試驗、上述分析及對探頭處的排查，反吹后出口SO2濃度升高同CEMS取樣探頭過濾器后側存在冷凝水應該有直接關系。分析如下：運行一段時間后，在取樣探頭過濾器后(內)側存在冷凝水，因吸收SO2變成高濃度SO2冷凝水。當進行探頭反吹時，將此處的冷凝水吹回到過濾器上，但未能全部吹入煙道。當低SO2濃度的取樣煙氣通過時，吸附在過濾器上的高濃度SO2冷凝水逐漸揮發，釋放出SO2，從而造成測量數值偏高，不受運行干預控制。

5優化措施及效果

5.1優化措施

5.1.1減少冷凝水積存(1)縮短裸漏在外未絆熱取樣管線長度，保證所有取樣管線均被絆熱電纜包裹，減少取樣探頭過濾器后的冷凝水存量。(2)根據設計要求，調整取樣探頭向下傾斜5°安裝，減少過濾器上吸附的水份。5.1.2優化吹掃程序，提高濾芯吹掃效果通過優化調整吹掃周期和時間，最大化保證將取樣探頭過濾器上的冷凝水吹掃干凈。參數調整見表5：

表5：CEMS吹掃優化前后時間參數表

5.2效果

通過減少過濾器后側冷凝水積存和提高過濾器吹掃效果后，每次吹掃后出口SO2濃度波動數值在5 mg/Nm3范圍內，運行穩定性和準確性得到很好提升,基本消除反吹后SO2濃度跳變的問題。見圖圖8-1、圖8-2:(紅色：SO2濃度；藍色：吹掃信號；綠色：標定信號)

圖8-1：CEMS吹掃參數優化后，吹掃后出口SO2濃度變化曲線

圖8-2：CEMS吹掃參數優化后，吹掃后出口SO2濃度變化曲線

6總結分析

脫硫超低排放,出口SO2濃度控制比較低，出口CEMS測量SO2濃度穩定性和準確性受取樣系統冷凝水的影響更加明顯突出。通過對整個取樣系統分析排查、改進和優化，經長時間連續投運，實踐證明優化后該電廠脫硫出口CEMS測量SO2濃度數值穩定、準確，脫硫裝置可靠運行，企業順利拿到超低排放電價，提高了企業的經濟效益。

7建議

(1) CEMS系統測點位置嚴格按照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣辦法》（GB/T16157-1996）執行；(2) 現場嚴格按設計要求安裝，廠家規范取樣管路敷設，做好接口處管道伴熱；(3) CEMS廠家需提升煙氣取樣系統的預處理能力,并根據實際情況優化調自動吹掃程序。

編輯：李丹