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西門子U23在超低排放中的使用問題和CEMS預處理改造研究
閱讀：2146 發布時間：2019-6-22火電廠超低排放改造后，由于傳統的預處理系統除水不*，西門子U23分析儀因水氣干擾導致出口SO2漂移嚴重,數據頻繁回零或跳變,環保數據無法正常監視，調整，嚴重影響機組安全穩定運行.
我司上海湘乾儀器儀表有限公司在積累了大量的西門子U23使用用戶，也親臨了無數火電發電CEMS現場。對現場使用情況十分熟悉，并對現場存在的問題做了仔細研究和探查。
背景
隨著國家對環保要求的不斷提高，CEMS分析儀的重要性越來越高，火電廠進行超低排放改造以后，大部分電廠脫硫設備都進行了升級改造，通過提高吸收塔高度，增加噴淋層，提高SCR效率等方式，脫硫效率基本都滿足國家超低排放標準，但對于小量程的二氧化硫測量，由于改造前未引起足夠重視，CEMS預處理系統未同步改造，導致預處理系統經常出現數據漂移，突變回零現象，給電廠的安全經濟運行帶來很大困擾，可以說預處理系統的可靠性直接影響脫硫系統設備運行的穩定性和環保數據的監測和傳輸，直接影響電廠的環保經濟指標的考核。
設備現狀
西門子U23分析儀采用的是直接抽取式，二氧化硫，氮氧化物采用非分散紅外光譜法原理，氧量采用電化學測量原理，脫硫出口分析儀量程二氧化硫，氮氧化物、氧量量程分別是100mg/m3,100mg/m3，0-25%。
國家的超低排放標準：在基準氧含量6%條件下，煙塵，二氧化硫，氮氧化物排放濃度分別不高于10，35，50mg/m3,超低排放改造后，為滿足煙氣數據測量，我們更換了小量程分析儀，二氧化硫，氮氧化物由0-500mg/m3更換為100mg/m3。
由于脫硫CEMS預處理未改造，在使用過程中，小量程分析儀經常會產生量程漂移和零點漂移現象(現場很多標零氣直接抽取空氣未處理，導致零點不對），據現場觀察，在冷凝器溫度為3－5℃的情況下，SO2的溶解度非常高，經常導致測不出，數據頻繁回零，為保證分析儀精度，不得已將分析儀零位自標定時間設為1小時，這樣就會導致標定前后數據跳變，大可達到20-30mg/m3,如下圖
由于SO2數據頻繁突變或回零，給運行人員操作調整帶來很大困擾，經常會導致脫硫出口SO2數據異常或超標，在國家對環保要求日益嚴格的情況下，要求火電廠保證環保數據正常，不能因脫硫設備故障，超標排放，觸碰環保紅線，而現狀是經常由于CEMS分析儀問題，導致數據超標，給公司對外形象造成很大的負面影響，同時也面臨昂貴的環保電價考核。在超低排放改造完，如何保證環保表計能夠準確，可靠測量，已經成為困擾火電廠增發電量、保證環保電價的一大難題，改造迫在眉睫。
原因分析
對于CEMS分析儀數據漂移，數據波動回零，經分析引起數據波動的主要原因為樣氣中帶水，標零氣中帶水，有未除去的水汽進入分析儀，由于西門子U23分析儀SO2測量原理為紅外光譜測量，主要通過測量相關波段紅外線的衰減幅度來測量相應氣體的濃度，此種測量原理水汽干擾對數據的影響非常大。
傳統冷干直抽法，冷凝器除水設定溫度為3-4℃，事實上溫度顯示儀顯示的是熱交換器溫度監測點處的溫度，此溫度和出口樣氣溫度是存在差異的。例如冷凝器工作是在正壓或是負壓，樣氣露點就有明顯的差別。將出口樣氣顯示溫度當作出口樣氣露點，是技術上的誤解，實際露點約為6-10℃(采用手持式露點儀監測)，由于實際露點高，容易造成冷凝水析出。煙氣中易溶性氣體SO2，會溶于冷凝水而生成相應的酸，從而導致目標酸性氣體的濃度測量值比實際值要低，嚴重時因吸收嚴重會發生SO2*測不出的問題。通過相關研究可知：含SO2煙氣通過一定量冷凝水后,煙氣中SO2的一部分總要被溶解吸收,表現在測量系統的當量響應時間從數分鐘延長到數十分鐘,測量誤差十分嚴重；特別是測量SO2濃度較低且含水量高的煙氣時，測量誤差問題尤為嚴重。例如在170ppmSO2，34.52%水氣組成的模擬煙氣中，SO2損失高達60%。
上圖為SO2在不同溫度下在水中的溶解度曲線，通過這條曲線可知：隨著溫度的降低，SO2在水中的溶解度逐漸升高，當冷凝器的運行溫度3-5℃范圍時，SO2的溶解度很高，再加之有冷凝器存在勢必析出冷凝水，這樣，SO2在冷凝器中的損失是比較高的。同時由于相應的酸具有較強的腐蝕性，會嚴重腐蝕分析儀的氣室，導致分析儀的損壞，提高了CEMS系統的維護成本和設備更換成本。
經過詳細分析，發現現有預處理還存在以下問題：
1、探頭未采用加熱型探桿，會導致取樣煙氣在探頭取樣處發生冷凝，造成SO2被吸收。
2、伴熱管線溫度不夠(現場還有很多用只能加熱到120左右的，建議換了180度或以上），采樣管線過長，有U型轉彎處可能存有積水之類的（建議定期沖洗）CEMS在抽樣氣過程中，煙氣溫度降到一定值時，其中的蒸汽會凝結成水，而SO2能與水反應生成亞硫酸，如果取樣管線中有水，不但會影響測量準確性，而且會嚴重影響儀表的使用壽命，要保證煙氣中的蒸汽不凝結，必須保證溫度在凝結點以上，為了避免取樣管中的蒸汽凝結成水，取樣管都有伴熱裝置，由于伴熱管線距離太長，伴熱溫度還設到以前的120℃，已經不能滿足超低排放改造的要求
3、機柜內伴熱不全，通常伴熱管線只連接到CEMS小屋內的控制機柜，但機柜內有部分樣氣管線沒有伴熱，非常容易發生冷凝。
4、冷凝器冷凝效果不佳（建議溫度設到2度左右）。
現預處理只有一級過濾，一個蠕動泵，煙氣經過冷凝器降溫過程中，冷凝的水氣不能及時排出，形成預處理的保護過濾器儀表進氣口有掛水現象。
5、標零氣沒有經過處理在室內或室外抽取，造成SO2零點不對，測量不準（建議經過預處理，如果在實測SO2長期在10MG/M3的建議使用高純空氣或使用零氣發生氣）
6、標零周期太長，或沒有自動標零功能。（建議標零周期為2-4個小時）
建議改造方案
CEMS分析儀數據波動，頻繁回零，主要原因就是SO2受水氣干擾比較大，改造目的就是要保證預處理除水*，避免SO2溶于水。
針對現場預處理現狀，我們經過了詳細分析，主要做了以下改造建議：
1、更換伴熱質量好，耐高溫的伴熱管線，將伴熱溫度提高到180℃及以上，同時采樣探頭采用全程加熱使探頭，保證樣氣從取樣處到CEMS小室管線中不會有積水。
2、完善機柜內伴熱及保溫，機柜內裸露的樣氣管全部敷設伴熱并用保溫帶包裹好，防止在柜內煙氣冷凝。
3、更換高質量的冷凝器(如加酸），將以前的一級制冷，更換為兩級，同時增加一級蠕動泵，確保冷凝器出水排水暢通。
4、嚴格保證CEMS小室內溫度保持在20℃左右，特別是夏天要保證空調工作正常，現場曾發生過因空調故障，導致冷凝器制冷效果不佳，脫硫出口SO2數據突變回零現象，處理好空調后故障消失。而且分析儀溫度太高，也容易造成溫漂(可參考分析儀選擇手冊）。
5、增加Nafion滲透干燥器
Nafion管中氣體的遷移是以其對磺酸基的化學親和力為基礎的，由于磺酸基具有很高的親水性，所以Nafion管壁吸收的水份，會從一個磺酸基向另一個磺酸基傳遞，終到達另外一側的管壁，Nafion管在連續的除濕過程中，只選擇性的去除煙氣中的水份，水氣經過鈉分管進行分離，分離后的水氣，通過接入經過濾、干燥、無油的儀用氣，將水分吹走，保證進入分析儀的數據穩定可靠。能及時排出，形成預處理的保護過濾器儀表進氣口有掛水現象。
6、保證標零氣的準確性
自動標零時，自動標零的空氣也很重要，建議經過預處理，因為標零氣含有水氣也會影響SO2零點偏差（因天氣而議，少差三五個，多則大幾十個,如果實測小的可以用使用零氣發生器，特別小的使用高純空氣）
結論：
事實證明，經過改造后的脫硫出口CEMS分析儀SO2，NOX數據測量穩定，準確，滿足了環保需求。
以上部分數據及產品有引鑒別處,經過多方面總結整理。如有疑問，或技術問題請電話咨詢。