西門子U23在超低排放中的使用遇到的問題
火電廠超低排放改造后，由于傳統(tǒng)的預(yù)處理系統(tǒng)除水不*，西門子U23分析儀因水氣干擾導(dǎo)致出口SO2漂移嚴(yán)重,數(shù)據(jù)頻繁回零或跳變,環(huán)保數(shù)據(jù)無法正常監(jiān)視，調(diào)整，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行.
我司上海湘乾儀器儀表有限公司在中國積累了大量的西門子U23使用用戶，也親臨了無數(shù)火電發(fā)電CEMS現(xiàn)場。對現(xiàn)場使用情況十分熟悉，并對現(xiàn)場存在的問題做了仔細(xì)研究和探查。
背景
隨著對環(huán)保要求的不斷提高，CEMS分析儀的重要性越來越高，火電廠進(jìn)行超低排放改造以后，大部分電廠脫硫設(shè)備都進(jìn)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超低排放標(biāo)準(zhǔn)，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(yù)處理系統(tǒng)未同步改造，導(dǎo)致預(yù)處理系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)漂移，突變回零現(xiàn)象，給電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來很大困擾，可以說預(yù)處理系統(tǒng)的可靠性直接影響脫硫系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和環(huán)保數(shù)據(jù)的監(jiān)測和傳輸，直接影響電廠的環(huán)保經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的考核。
設(shè)備現(xiàn)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(xué)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%。
的超低排放標(biāo)準(zhǔn)：在基準(zhǔn)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(shù)據(jù)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(yù)處理未改造，在使用過程中，小量程分析儀經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生量程漂移和零點(diǎn)漂移現(xiàn)象(現(xiàn)場很多標(biāo)零氣直接抽取空氣未處理，導(dǎo)致零點(diǎn)不對），據(jù)現(xiàn)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(jīng)常導(dǎo)致測不出，數(shù)據(jù)頻繁回零，為保證分析儀精度，不得已將分析儀零位自標(biāo)定時(shí)間設(shè)為1小時(shí)，這樣會(huì)導(dǎo)致標(biāo)定前后數(shù)據(jù)跳變，大可達(dá)到20-30mg/m3,如下圖
由于SO2數(shù)據(jù)頻繁突變或回零，給運(yùn)行人員操作調(diào)整帶來很大困擾，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致脫硫出口SO2數(shù)據(jù)異常或超標(biāo)，在對環(huán)保要求日益嚴(yán)格的情況下，要求火電廠保證環(huán)保數(shù)據(jù)正常，不能因脫硫設(shè)備故障，超標(biāo)排放，觸碰環(huán)保紅線，而現(xiàn)狀是經(jīng)常由于CEMS分析儀問題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)超標(biāo)，給公司對外形象造成很大的負(fù)面影響，同時(shí)也面臨昂貴的環(huán)保電價(jià)考核。在超低排放改造完，如何保證環(huán)保表計(jì)能夠準(zhǔn)確，可靠測量，已經(jīng)成為困擾火電廠增發(fā)電量、保證環(huán)保電價(jià)的一大難題，改造迫在眉睫。
原因分析
對于CEMS分析儀數(shù)據(jù)漂移，數(shù)據(jù)波動(dòng)回零，經(jīng)分析引起數(shù)據(jù)波動(dòng)的主要原因?yàn)闃託庵袔?，?biāo)零氣中帶水，有未除去的水汽進(jìn)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(guān)波段紅外線的衰減幅度來測量相應(yīng)氣體的濃度，此種測量原理水汽干擾對數(shù)據(jù)的影響非常大。
傳統(tǒng)冷干直抽法，冷凝器除水設(shè)定溫度為3-4℃，事實(shí)上溫度顯示儀顯示的是熱交換器溫度監(jiān)測點(diǎn)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(fù)壓，樣氣露點(diǎn)有明顯的差別。將出口樣氣顯示溫度當(dāng)作出口樣氣露點(diǎn)，是技術(shù)上的誤解，實(shí)際露點(diǎn)約為6-10℃(采用手持式露點(diǎn)儀監(jiān)測)，由于實(shí)際露點(diǎn)高，容易造成冷凝水析出。煙氣中易溶性氣體SO2，會(huì)溶于冷凝水而生成相應(yīng)的酸，從而導(dǎo)致目標(biāo)酸性氣體的濃度測量值比實(shí)際值要低，嚴(yán)重時(shí)因吸收嚴(yán)重會(huì)發(fā)生SO2*測不出的問題。通過相關(guān)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(xiàn)在測量系統(tǒng)的當(dāng)量響應(yīng)時(shí)間從數(shù)分鐘延長到數(shù)十分鐘,測量誤差十分嚴(yán)重；特別是測量SO2濃度較低且含水量高的煙氣時(shí)，測量誤差問題尤為嚴(yán)重。例如在170ppmSO2，34.52%水氣組成的模擬煙氣中，SO2損失高達(dá)60%。
SO2在不同溫度下在水中的溶解度曲線
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(dāng)冷凝器的運(yùn)行溫度3-5℃范圍時(shí)，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(shí)由于相應(yīng)的酸具有較強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)嚴(yán)重腐蝕分析儀的氣室，導(dǎo)致分析儀的損壞，提高了CEMS系統(tǒng)的維護(hù)成本和設(shè)備更換成本。
經(jīng)過詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有預(yù)處理還存在以下問題：
1、探頭未采用加熱型探桿，會(huì)導(dǎo)致取樣煙氣在探頭取樣處發(fā)生冷凝，造成SO2被吸收。
2、伴熱管線溫度不夠(現(xiàn)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(zhuǎn)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(shí)，其中的蒸汽會(huì)凝結(jié)成水，而SO2能與水反應(yīng)生成亞硫酸，如果取樣管線中有水，不但會(huì)影響測量準(zhǔn)確性，而且會(huì)嚴(yán)重影響儀表的使用壽命，要保證煙氣中的蒸汽不凝結(jié)，必須保證溫度在凝結(jié)點(diǎn)以上，為了避免取樣管中的蒸汽凝結(jié)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(shè)到以前的120℃，已經(jīng)不能滿足超低排放改造的要求
3、機(jī)柜內(nèi)伴熱不全，通常伴熱管線只連接到CEMS小屋內(nèi)的控制機(jī)柜，但機(jī)柜內(nèi)有部分樣氣管線沒有伴熱，非常容易發(fā)生冷凝。
4、冷凝器冷凝效果不佳（建議溫度設(shè)到2度左右）。
現(xiàn)預(yù)處理只有一級過濾，一個(gè)蠕動(dòng)泵，煙氣經(jīng)過冷凝器降溫過程中，冷凝的水氣不能及時(shí)排出，形成預(yù)處理的保護(hù)過濾器儀表進(jìn)氣口有掛水現(xiàn)象。
5、標(biāo)零氣沒有經(jīng)過處理在室內(nèi)或室外抽取，造成SO2零點(diǎn)不對，測量不準(zhǔn)（建議經(jīng)過預(yù)處理，如果在實(shí)測SO2長期在10MG/M3的建議使用高純空氣或使用零氣發(fā)生氣）
6、標(biāo)零周期太長，或沒有自動(dòng)標(biāo)零功能。（建議標(biāo)零周期為2-4個(gè)小時(shí)）
建議改造方案
CEMS分析儀數(shù)據(jù)波動(dòng)，頻繁回零，主要原因是SO2受水氣干擾比較大，改造目的是要保證預(yù)處理除水*，避免SO2溶于水。
針對現(xiàn)場預(yù)處理現(xiàn)狀，我們經(jīng)過了詳細(xì)分析，主要做了以下改造建議：
1、更換伴熱質(zhì)量好，耐高溫的伴熱管線，將伴熱溫度提高到180℃及以上，同時(shí)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(huì)有積水。
2、完善機(jī)柜內(nèi)伴熱及保溫，機(jī)柜內(nèi)裸露的樣氣管全部敷設(shè)伴熱并用保溫帶包裹好，防止在柜內(nèi)煙氣冷凝。
3、更換高質(zhì)量的冷凝器(如加酸），將以前的一級制冷，更換為兩級，同時(shí)增加一級蠕動(dòng)泵，確保冷凝器出水排水暢通。
4、嚴(yán)格保證CEMS小室內(nèi)溫度保持在20℃左右，特別是夏天要保證空調(diào)工作正常，現(xiàn)場曾發(fā)生過因空調(diào)故障，導(dǎo)致冷凝器制冷效果不佳，脫硫出口SO2數(shù)據(jù)突變回零現(xiàn)象，處理好空調(diào)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(xué)親和力為基礎(chǔ)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(huì)從一個(gè)磺酸基向另一個(gè)磺酸基傳遞，終到達(dá)另外一側(cè)的管壁，Nafion管在連續(xù)的除濕過程中，只選擇性的去除煙氣中的水份，水氣經(jīng)過鈉分管進(jìn)行分離，分離后的水氣，通過接入經(jīng)過濾、干燥、無油的儀用氣，將水分吹走，保證進(jìn)入分析儀的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。能及時(shí)排出，形成預(yù)處理的保護(hù)過濾器儀表進(jìn)氣口有掛水現(xiàn)象。
6、保證標(biāo)零氣的準(zhǔn)確性
自動(dòng)標(biāo)零時(shí)，自動(dòng)標(biāo)零的空氣也很重要，建議經(jīng)過預(yù)處理，因?yàn)闃?biāo)零氣含有水氣也會(huì)影響SO2零點(diǎn)偏差（因天氣而議，少差三五個(gè)，多則大幾十個(gè),如果實(shí)測小的可以用使用零氣發(fā)生器，特別小的使用高純空氣）
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