摘要：近年來(lái)，火(huǒ)電機組在《火(huǒ)電廠大(dà)氣污染物排放标準》(GB13223—2011)的基礎上(shàng)，實行“超低(dī)排放”，出口SO2濃度控制(zhì)≤35mg•m-3。因濕法脫硫CEMS取樣氣中的SO2易溶于取樣管內(nèi)的冷凝水，生(shēng)成不穩定的亞硫酸鹽，再次分解成SO2和(hé)水這一互逆反應，在超低(dī)排放工況下，脫硫出口SO2濃度低(dī)，CEMS反吹後SO2測量數據跳(tiào)變，甚至超标的問題更加明(míng)顯和(hé)多(duō)發。本文以華北某火(huǒ)電廠為例，根據數據跳(tiào)變不受運行控制(zhì)這一特性，從儀表測量、樣氣預處理、現場(chǎng)安裝，運行調整等方面全面排查、詳細分析，準确找到導緻數據跳(tiào)變的冷凝水點。采取規範取樣管敷設，減少(shǎo)冷凝水積存和(hé)優化反吹程序，保證濾芯吹掃效果等有(yǒu)效措施，最終解決反吹後數據跳(tiào)變的問題，保證測量準确，提升脫硫裝置可(kě)靠運行度，讓企業順利拿(ná)到超低(dī)排放電價，提高企業的經濟效益和(hé)社會(huì)效益。
引言
2011年7月國家(jiā)發布了火(huǒ)電大(dà)氣污染物超低(dī)排放國家(jiā)标準，要求燃煤機組的大(dà)氣主要污染物排放标準達到天然氣燃氣機組的排放标準。華北某電廠于2016年新建投産，處于京津冀環保重地，在滿足現行國家(jiā)排放标準的基礎上(shàng)，進一步自我加壓，實施更為嚴格的排放标準，見表1：
表1：污染物排放标準數值
煙氣排放連續監測系統（CEMS），是指對大(dà)氣污染源排放的氣态污染物（SO2、NOx等）和(hé)顆粒物（煙塵）進行濃度和(hé)排放總量連續監測并将信息實時(shí)傳輸到主管部門(mén)的裝置。正常運行的CEMS數據是環保部門(mén)進行超低(dī)排放是否達标、排污申報核定、總量控制(zhì)、排污費征收等環境管理的依據。在脫硫裝置運行可(kě)靠的情況下，SO2濃度能否準确測量，CEMS系統監測數據是否穩定，直接關系到企業能否拿(ná)到超低(dī)排放電價，與企業的經濟效益和(hé)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安裝在濕式電除塵後。煙氣SO2采用抽取式紅外氣體(tǐ)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(qì)
煙氣經過取樣探頭、電加熱采樣管線和(hé)冷凝器(qì)由取樣泵抽取至分析儀。取樣探頭由過濾器(qì)（碳化矽陶瓷2um孔隙，見圖2）、加熱裝置組成。取樣探頭還(hái)設計有(yǒu)一個(gè)可(kě)複用的反吹清掃口（用清潔的壓縮空(kōng)氣吹掃附在管筒過濾器(qì)外表面的浮塵，将其吹掃回煙道(dào)）。為保證從取樣點到分析櫃傳輸中樣氣不冷凝，避免SO2損失，保證樣氣管通(tōng)暢，取樣探頭及取樣管線均采用加熱方式（溫度：120～140℃），樣氣進入分析櫃後，通(tōng)過兩級壓縮冷凝器(qì)對樣氣快速冷凝（溫度+5℃）以滿足分析儀要求。當零點校(xiào)準時(shí)，系統停止取樣，樣氣通(tōng)路關閉，标零空(kōng)氣接通(tōng)，進行零點校(xiào)準。
2脫硫出口CEMS反吹後SO2數據跳(tiào)變問題描述
01機組脫硫運行一段時(shí)間(jiān)後，出口CEMS吹掃結束，數據釋放後（吹掃時(shí)，CEMS數據自保持）SO2濃度會(huì)跳(tiào)變，甚至超标（大(dà)于35mg/Nm3）的問題。但(dàn)NO、O2濃度數據釋放後，無跳(tiào)變。期間(jiān)通(tōng)過提高供漿量和(hé)增加漿液循環泵的運行調整，均不能降低(dī)出口SO2濃度。持續10～20分鍾後，出口SO2數值會(huì)慢慢變為0mg/Nm3，然後調整供漿量和(hé)漿液循環泵運行數量至吹掃前工況，出口SO2數值會(huì)維持在5～10 mg/Nm3之間(jiān)。問題實例：11月15日17時(shí)33分，01機組脫硫出口CEMS自動反吹後，出口SO2濃度由2 mg/Nm3突變至20 mg/Nm3，然後慢慢升高至35mg/Nm3以上(shàng)。調整及數值跳(tiào)變曲線見圖3：(藍(lán)色：SO2濃度；粉紅：吹掃信号；綠色：标定信号)
圖3-出口CEMS吹掃後SO2數值跳(tiào)變曲線
表2：出口CEMS吹掃後SO2數值跳(tiào)變曲線說明(míng)
◆期間(jiān)機組負荷穩定在315MW，入口SO2濃度維持在2720±30 mg/Nm3。
3SO2數據跳(tiào)變分析
3.1取樣管線、伴熱系統異常因素影(yǐng)響分析
現場(chǎng)檢查伴熱系統運行正常，伴熱溫度維持130℃；對所有(yǒu)接頭檢查後無脫落、破損情況；取樣系統氣密試驗無洩漏；SO2數據跳(tiào)變發生(shēng)在CEMS反吹後，且NO、O2濃度值在反吹數據釋放後無跳(tiào)變；
因此，可(kě)排除系統取樣管線漏氣和(hé)伴熱系統異常的影(yǐng)響。
3.2分析儀測量準确性影(yǐng)響分析
3.2.1 分析儀通(tōng)标氣
出口SO2量程為0～200 mg/Nm3。通(tōng)入89 mg/Nm3的标氣，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(tōng)過标氣測量和(hé)第三方環保比對數據，可(kě)排除分析儀測量不準确因素。
3.3冷凝器(qì)出力效果影(yǐng)響因素分析
現場(chǎng)拔掉1級冷凝器(qì)前管線，分析儀表的SO2測量值降低(dī)不到0；拔掉2級冷凝器(qì)後管線,分析儀表的SO2測量值可(kě)降低(dī)至0；用水沖洗1級、2級冷凝器(qì)，恢複取樣煙氣測量。2小(xiǎo)時(shí)之後重複拔掉1級冷凝器(qì)前管線與拔掉2級冷凝器(qì)後管線，分析儀表的SO2測量值基本均可(kě)降低(dī)至0。
分析：因冷凝器(qì)出力不好，樣氣中的水汽凝結後不能通(tōng)過蠕動泵排走，水汽就會(huì)凝結在冷凝器(qì)中。随着樣氣的持續通(tōng)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(dī)時(shí)，亞硫酸分解出的SO2就會(huì)使分析儀測量值明(míng)顯高于樣氣中的SO2含量。
冷凝器(qì)是樣氣進入分析儀前的必經環節，長期運行，冷凝器(qì)污染物結晶和(hé)殘留含高濃度SO2的水份是不可(kě)避免的正常現象。并且該部位對測量的影(yǐng)響效果應是持續疊加的。向冷凝器(qì)通(tōng)入潔淨空(kōng)氣的零點校(xiào)準和(hé)人工清理冷凝器(qì)，都使進入分析儀的管路更加幹淨。CEMS零點校(xiào)準和(hé)反吹後數據變化曲線見圖4：(藍(lán)色：SO2濃度；粉紅：吹掃信号；綠色：标定信号)
圖4-出口CEMS零點校(xiào)準和(hé)反吹後數據變化曲線
根據曲線可(kě)發現每次的零點校(xiào)準标定後，CEMS測量的SO2數值是變小(xiǎo)的；而每次反吹掃後的，CEMS測量的數值是突變增大(dà)的。
因此，可(kě)排除冷凝器(qì)出力效果不好的因素影(yǐng)響。
3.4現場(chǎng)安裝影(yǐng)響因素分析
FGD出口煙氣溫度50℃左右，煙氣含水率基本飽和(hé)。為防止取樣套管內(nèi)冷凝水存積，取樣套管需向下傾斜5°安裝。現場(chǎng)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，取樣探杆裏的水不易自動回流到煙道(dào)內(nèi)，當探頭反吹時(shí)，會(huì)引起反吹前後測量值的變化。
3.4.1 無影(yǐng)響分析
現場(chǎng)取樣探杆水平安裝，無法保證全部的冷凝水回流至煙道(dào)，會(huì)存在少(shǎo)許冷凝水，冷凝水會(huì)吸收部分SO2。套管內(nèi)煙氣在上(shàng)部，冷凝水在下部，煙氣和(hé)冷凝水不會(huì)充分接觸，因此對測量的影(yǐng)響有(yǒu)限。
3.4.2 有(yǒu)影(yǐng)響分析
部分冷凝水浸濕了取樣探頭側的過濾器(qì)，在過濾器(qì)間(jiān)隙孔上(shàng)形成水膜，吸收SO2，使測量數據變小(xiǎo)；當進行探頭反吹後，過濾器(qì)間(jiān)隙孔上(shàng)形成水膜被吹幹淨，實際高濃度SO2的煙氣進入取樣管，進入分析儀，産生(shēng)吹掃後出口SO2濃度升高。但(dàn)這種情況，通(tōng)過提高供漿量和(hé)增加漿液循環泵的運行調整，應該可(kě)以将出口SO2濃度降低(dī)。
3.4.3 循環泵敏感性試驗
11月15日19時(shí)，對01機脫硫出口CEMS取樣測量進行循環泵啓/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取樣測量循環泵啓/停敏感性試驗數據曲線
表4：脫硫出口CEMS取樣測量循環泵啓/停敏感性試驗數據曲線說明(míng)
試驗得(de)出：起/停一台循環泵對出口SO2濃度的影(yǐng)響會(huì)在4分鍾左右會(huì)體(tǐ)現。但(dàn)吹掃後，出口SO2數值跳(tiào)變，通(tōng)過提高供漿量和(hé)增加漿液循環泵的運行調整，持續10～20分鍾出口SO2數值都不受幹預。
因此，通(tōng)過上(shàng)述有(yǒu)影(yǐng)響、無影(yǐng)響及循環泵敏感性試驗數據可(kě)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(jiā)将取樣探頭處壓縮空(kōng)氣吹掃電磁閥電源斷開(kāi)（隻發吹掃指令，但(dàn)無壓縮空(kōng)氣吹掃）。負荷在175MW至315MW之間(jiān)運行一段時(shí)間(jiān)，期間(jiān),出口CEMS測量SO2濃度一直可(kě)以穩定維持在10 mg/Nm3以內(nèi)。無數據跳(tiào)變現象，見圖6：(藍(lán)色：SO2濃度；粉紅：吹掃信号；綠色：标定信号)
圖6：取樣吹掃電磁閥電源後吹掃/校(xiào)準變化曲線
4确定SO2數據跳(tiào)變原因
現場(chǎng)對取樣探頭過濾器(qì)後管線是否存在水汽凝結檢查時(shí)發現：
(1)CEMS取樣探頭後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(nèi)有(yǒu)明(míng)顯的成股水。見圖7：
圖7：CEMS取樣探頭外側取樣管線
通(tōng)過現場(chǎng)試驗、上(shàng)述分析及對探頭處的排查，反吹後出口SO2濃度升高同CEMS取樣探頭過濾器(qì)後側存在冷凝水應該有(yǒu)直接關系。分析如下：運行一段時(shí)間(jiān)後，在取樣探頭過濾器(qì)後(內(nèi))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(shí)，将此處的冷凝水吹回到過濾器(qì)上(shàng)，但(dàn)未能全部吹入煙道(dào)。當低(dī)SO2濃度的取樣煙氣通(tōng)過時(shí)，吸附在過濾器(qì)上(shàng)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，不受運行幹預控制(zhì)。
5優化措施及效果
5.1優化措施
5.1.1減少(shǎo)冷凝水積存(1)縮短(duǎn)裸漏在外未絆熱取樣管線長度，保證所有(yǒu)取樣管線均被絆熱電纜包裹，減少(shǎo)取樣探頭過濾器(qì)後的冷凝水存量。(2)根據設計要求，調整取樣探頭向下傾斜5°安裝，減少(shǎo)過濾器(qì)上(shàng)吸附的水份。5.1.2優化吹掃程序，提高濾芯吹掃效果通(tōng)過優化調整吹掃周期和(hé)時(shí)間(jiān)，最大(dà)化保證将取樣探頭過濾器(qì)上(shàng)的冷凝水吹掃幹淨。參數調整見表5：
表5：CEMS吹掃優化前後時(shí)間(jiān)參數表
5.2效果
通(tōng)過減少(shǎo)過濾器(qì)後側冷凝水積存和(hé)提高過濾器(qì)吹掃效果後，每次吹掃後出口SO2濃度波動數值在5 mg/Nm3範圍內(nèi)，運行穩定性和(hé)準确性得(de)到很(hěn)好提升,基本消除反吹後SO2濃度跳(tiào)變的問題。見圖圖8-1、圖8-2:(紅色：SO2濃度；藍(lán)色：吹掃信号；綠色：标定信号)
圖8-1：CEMS吹掃參數優化後，吹掃後出口SO2濃度變化曲線
圖8-2：CEMS吹掃參數優化後，吹掃後出口SO2濃度變化曲線
6總結分析
脫硫超低(dī)排放,出口SO2濃度控制(zhì)比較低(dī)，出口CEMS測量SO2濃度穩定性和(hé)準确性受取樣系統冷凝水的影(yǐng)響更加明(míng)顯突出。通(tōng)過對整個(gè)取樣系統分析排查、改進和(hé)優化，經長時(shí)間(jiān)連續投運，實踐證明(míng)優化後該電廠脫硫出口CEMS測量SO2濃度數值穩定、準确，脫硫裝置可(kě)靠運行，企業順利拿(ná)到超低(dī)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态污染物采樣辦法》（GB/T16157-1996）執行；(2) 現場(chǎng)嚴格按設計要求安裝，廠家(jiā)規範取樣管路敷設，做(zuò)好接口處管道(dào)伴熱；(3) CEMS廠家(jiā)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。
