[原创]烟气在线监测系统的研究与应用

娇子 · 发表于 2008-11-25 17:32:13

烟气在线监测系统的研究与应用<a href="http://film.eptchina.cn/">宋
薇
</a>（华能太仓电厂，江苏省太仓市金浪镇，215424）摘要：烟气连续监测（CEMS）系统主要由在线环境监测仪器和计算机数据采集处理软件两大部分组成，实现对锅炉烟气里烟尘、二氧化硫等污染物进行分析和连续监测，并实现环境污染物数据报表处理和数据传输，彻底改变过去环境监测由人工现场数据采集、手工汇总报表的落后方法，达到环境监测、控制污染排放，最终保护环境的目的。本文以华能太仓电厂的烟气在线监测系统为例，先对烟气在线监测系统的原理、性质和作用进行了分析和讲解；再对其日常维护要求、注意事项和测量条件进行了说明；最后根据日常维护经验，找出了我厂CEMS系统存在问题，并提出了几点建议，以期系统更加完善。关键词：烟气连续监测系统；预处理系统；日常维护ABSTRACT: CEMS mainly contains two parts, environment inspecting instruments and computer data collection software. Making the continuous analyzing and inspecting of contamination likes dust and SO2 come true. It can also realize dealing with data report forms of contamination and the transmission of data. And can change old method, so that the pollution can be controlled and the environment can be protected. The text gives an example of Suzhou Industrial Park HUANENG Power Generation Ltd.
Analyzing the theory of CEMS,
explaining the request of maintenance, and making some advices, so that the system is more perfect. KEY WORDS: CEMS; pretreatment system; maintenance1<a href="http://www.eptchina.cn/html/meterial/">.引言</a>烟气在线监测系统用于脱硫系统烟气在线连续监测。监测数据用于脱硫系统工艺控制，反映脱硫效率。同时脱硫出口监测数据用于环保监测。本系统主要包括烟气成分分析系统、烟尘监测、流量检测、数据采集及处理系统四大部分。其中烟气成分分析系统还包括：采样单元、样品预处理单元和分析单元。监测参数如下：原烟气：SO2、O2（监测点位于脱硫入口烟道上）。为脱硫系统（FGD）提供工艺控制参数及计算脱硫效率。净烟气：SO2、O2、NOX、粉尘浓度、流量、温度、压力（监测点位于脱硫出口烟道上）。测量参数（SO2、O2 ）同时可以为脱硫系统（FGD）提供工艺控制参数及计算脱硫效率。烟气监测（SO2、O2、NOX、粉尘浓度、流量、温度、压力）参数用于环保排放监测。其中气体组分（SO2、O2、NOX）采用一拖二方式。即在入烟囱前的烟道上安装气体采样探头和采样管线，输送至分析机柜进行检测分析。烟气其他参数（粉尘浓度、流量、温度、压力）监测安装在烟道上直接测量，测量输出传到分析室电控柜进行数据采集。2.<a href="http://www.eptchina.cn/">烟气成分分析系统</a>2.1 采样单元采样单元采用电加热直接抽取法，由探头、碳化硅陶瓷过滤器、电加热管、法兰、支架和防雨罩组成。还有反吹系统和采样管等配套装置。由于介质条件为：温度高，含SO2 、大量粉尘、水和焦油，易产生粉尘将管道堵塞，酸将管道腐蚀等情况，所以我们要将电加热管由温度控制器控制加热到<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="180" unitname="摄氏度">180摄氏度</chmetcnv>，将水和焦油变成气状，防止过滤器堵塞，但仍需定期进行反吹，反吹电磁阀由

LC控制，大概6-8小时反吹一次，每次约2分钟。取样管线由聚四氟乙烯管、电伴热加热带、保温层及外防护层组成。采用

T100铂电阻测温通过温控器控制加热温度。需保证管内温度在<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="150" unitname="摄氏度">150摄氏度</chmetcnv>左右，将水变成蒸汽防腐蚀。注意中间不允许接管路，否则接头会被腐蚀。若管内堵塞，清理困难，需向管内通水，将电加热通电，将水变成蒸汽再用气泵吹。2.2 <a href="http://www.eptchina.cn/html/meterial/">样气预处理单元</a>烟气是经过采样探头和电加热采样管线再经过一系列过滤除水过程由取样泵抽取至分析仪表柜进行分析的，因为样品气的压力、温度、流量有高有低，含水，含粉尘，可能不满足仪表分析要求，所以我们需对样气进行预处理。除尘：主要通过探头过滤器（2ｕm孔隙）来完成。分析柜内的保护过滤器主要起监视作用。除水：样气进入分析柜后，通过压缩机冷凝器来对样气进行快速冷凝。经过制冷器后的样气将满足分析仪的进样要求。用蠕动泵对冷凝水进行排放。制冷器的控制温度设定在2<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="True" hasspace="False" sourcevalue="6" unitname="摄氏度">-6摄氏度</chmetcnv>，当制冷器冷凝温度不在设定范围内时，将输出报警接点。这时PLC会控制取样泵关断，以避免湿样气进入分析仪，对分析仪的单元部件造成污染。流量调节：正常流量为每分钟1.2<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="True" hasspace="False" sourcevalue="2" unitname="升">-2升</chmetcnv>，若流量偏低则调节流量控制针型阀使流量正常。湿度检测：在制冷器后断安装湿度传感器，来检测压缩机冷凝器是否正常。2.3 分析单元我们用红外分析仪ULTRAMAT23对样气中所含气体组分进行分析。用红外法来分析SO2、NOX ，用电化学法来测量O2。红外法的原理是光谱吸收法，当红外光的频率与待测气体的特定频率相一致时，待测气体将吸收红外光谱相对应的辐射能。系统操作：1）维护状态：当分析柜控制按钮“测量/维护”抬起，运行指示灯不亮时，系统处于维护状态，操作人员可对系统进行有关的维护测试。2）运行状态：当分析机柜操作面板上控制按钮“测量/维护”按下时，系统处于运行状态。系统将通过

LC控制自动运行，完成相应的流路切换。泵运行吹扫的功能。只有当系统正常运行时，DAS系统接收的测量数据为有效数据。若出现故障情况，

LC将跟踪连锁，并将相应的状态输入DAS系统。3）零点标定：用空气标，采用自动标定，每3（0～24范围内设定）小时标定一次，由

LC控制。在操作过程中，也可按下CAL键来手动触发一个零点标定。4）量程标定：使用标定气标，标定应使用一种含有足够浓度被测组份的气体来进行，并确保气体流量在1.2～2<chmetcnv wst="on" tcsc="0" numbertype="1" negative="False" hasspace="False" sourcevalue="0" unitname="l">.0L</chmetcnv>/min之间。3.<a href="http://bbs.eptchina.cn/index.asp">
烟尘监测系统</a>我们厂用了两种型号的测尘仪D-R216和FW56-I。测量原理是一束平行的自然光，经过介质（烟气）时，由于介质对光进行吸收、反射、折射，使光强衰减，衰减的大小与介质有关，这种关系符合“朗伯-比耳定律”，从而求出浊度，再根据分段逼近法，改变电除尘的操作条件近似的求出粉尘的含量。组成：收发单元、反射单元、控制单元、反吹单元。其中需要注意反吹单元的风机不能停，它的作用是保护透镜，防止灰尘和腐蚀物不能接近透镜，另外它还能起到降温的作用。校准：1）D-R216：光学调整：装好测量头和放射器后，将放射器上的3个螺母拧紧。在测量头上，首先拧紧螺母B，拧紧螺母C时，测量头将绕A-B轴倾斜，而光点在垂直方向上运动。如果需进行水平调整，将螺母A紧锁或者松开以便绕B-C轴进行摆动；反射器的调节是按调节测量头同样的方法，用螺母A、B、C进行的，直到光点处于圆形标志中心为止；电气调整：在无烟气时，仪器的零点为4mA，连接一个0－20 mA的毫安表至端子盒的端子9（-）和10（+）上，此时积分转换开关必须处在8秒位置。2）. FW56-I：校准程序设定透光度数值到100％。FW56－I能够按照下列步骤自动地触发校准程序： a. 在FWA56-I计算装置上按SET按钮4次，用回车回答“设定程序”问号，用回车回答“清除设定参数”问号。 b. 用MEPA56I程序：在“其它/设置程序”菜单中选择“设置程序”。4.<a href="http://film.eptchina.cn/">
流量监测系统</a>[hide]环保局要求测量标准状况下烟气的排放量。我们用皮托管通过动压和静压与烟气的流速成比例的关系来测量定点流速。 公式1：平均流速Vs =Kp*sqrt(Pdi/0.6025)         其中：Vs—烟气平均流速  m/s；               Kp —皮托管的修正系数约0.9；               Pdi —烟气差压  Pa。 公式2：平均流量Qs=3600*F* Vs               其中：Qs —湿烟气的平均流量  m3/h；               F —烟道的横截面积  m2。 公式3：标干状态下平均流量Qsn=Qs*{(Ba+Ps)/101300}*{273/(273+Ts)}*(1-Xsw)         其中：Qsn —标准状况下干烟气排放量   m3/h；               Ba —大气压力  Pa;               Ps —烟气静压   Pa;               Ts —烟气温度  ℃ 热电阻示值可知；               Xsw —烟气湿度 % 湿度仪示值可知；                     Ba+Ps=绝压P—压力变送器示值可知。 通过以上三个公式就可以求得标准状况下烟气的平均流量，即排放量。 5．数据采集及处理系统（DAS）

AS-DAS烟气连续监测系统软件是根据国家环保标准开发的，用于烟气连续监测的数据采集和数据处理的软件，可实时显示整套烟气监测系统的各项污染物参数的数值和整套系统的运行状况，直观看出烟气的排放污染物浓度，并且根据有关标准和方法，对数据进行筛选计算和统计，按照环保报表的格式自动生成日报表、月报表及年报表。 整个系统由PLC、软件包、计算机和打印机组成。CEMS系统中PLC采用西门子的S7-200。所有控制点和输入输出信号都要经过PLC处理再传送到DCS、环保部门以及电监会。软件包作为CEMS与DCS、环保部门以及电监会的通讯工具。 6. 系统日常维护 为保证系统能够正常地运行，需要定期对系统进行维护，维护包括检查、故障判断及简单修理等。 日常检查的工作主要是巡视检查，当发现系统工作异常时进行处理。 6.1 烟气成分分析系统的日常维护 1）检查进入到分析仪器的样气流量：样气流量应在1.2至2L/min之间，如果超出范围，可以通过样气及旁路气流量计的针阀来进行调节；如果仅仅通过调整针阀已经不能满足流量的要求（流量太低）时，则表明气路中有堵塞的情况，一般情况下为取样探头的过滤器滤芯堵塞，此时需要更换探头滤芯。 2）检查压缩机制冷器的工作温度显示情况：工作温度应在6度以下，如超出此温度，则需立即停止系统，检查故障。 3）.检查仪器的数据显示是否正常：如果数据显示值SO2含量很低，或氧含量很高，则表明气路中出现了泄漏，需要通过检漏的方法查找出泄漏点；如果系统中无泄漏点，而显示的数值仍然不正常，表明分析仪器工作不正常，需要使用标准样气进行标定。 4）检查压缩空气的工作压力，如果压力低于0.4 Mpa，则不能保证系统的正常工作。 5）检查储水筒的液位，快满时，及时倒掉，防止系统液位报警而停止运行。 6）检查冷凝器至仪表之间的管路，如果有水气（水雾）立即清里管路（防止清理时水进入仪表中） 7）检查冷凝器蠕动泵排水情况，水柱排出不正常时，检查蠕动泵管是否破损，接点是否有渗漏。 8）检查仪器房内气味，如果气味太重，则说明系统有漏点需检查消除。 6.2 烟尘监测仪的日常维护 1）含尘量监测仪，间隔1个月的时间，检查一次空气保护装置过滤器的滤芯是否已经脏化，如果脏化情况不严重，只需进行简单清理之后即可重新使用。如果脏化情况严重，必须更换滤芯。 由于使用现场的环境状况不同，检查清理滤芯的时间间隔不同；一般情况下，第一次检查清理的时间暂定为两个月左右，如果滤芯比较干净，可以适当地延长检查清理的时间间隔。如果使用现场的环境中含尘量很低，可以将检查清理的周期延长到半年左右。 2）在每次锅炉点火之后，或在清理滤芯之后，要及时清理镜头；用酒精、蒸馏水和干净的棉布或脱脂棉清理镜头。 备注：清理风机滤芯时，不要关闭风机电源；因为一旦失去保护空气，烟气有可能会腐蚀镜头，镜头被腐蚀后是不能修复的。 6.3 流量监测系统的日常维护 一般情况下，皮托管流速测定仪基本上不需要进行日常维护。 如果烟气温度较低（低于水的露点），且含尘量较高，有可能在测量管的外壁上沉积灰尘，最好每间隔一个季度左右的时间，将皮托管测量仪从测量烟道中取出，将管壁外面的积尘清理干净。 6.4 数据采集及处理系统日常维护 1）检查上位机运行情况； 2）检查监控程序运行情况； 3）检查与电监会和省、市环保局的通迅程序运行情况； 4）核对各参数与监控画面数据是否一致。 5）检查报表生成情况。 6）每次检修前后进行备份，每次修改程后进行备份。 6）每三个月进行一次杀毒，也可据情况进行。 7. 结论 根据对我厂CEMS系统一年多的维护经验来看，故障率最高的就是预处理部分，约占整个故障的60%，这也正充分说明了我厂CEMS系统预处理部分存在很大问题，主要表现在：管路有积水；管路元件遭腐蚀；流量异常；仪表进水，致使仪表内元件被腐蚀；空气内漏或是样气外漏，使数据异常；冷凝器内部管路长期受到硫酸的腐蚀，容易损坏；探头过滤器堵塞等，给我们的日常维护工作带来了很大的麻烦，尤其是应国家电监会要求制定的江苏电网燃煤发电机组烟气脱硫装置运行监管考核制度的出台以及考核指标的制定，每条缺陷都要在4小时之内消除。因此，针对上述问题我们需要进行调研对系统进行改造。     通过对其他厂CEMS系统的参观学习和调查研究在此提出以下建议： 1）  除水：增加风冷装置，由风冷器和压缩机制冷器进行两级除水，风冷器是完全物理方法，不易损坏，且除水效果好，再用蠕动泵自动排水，可以彻底消除水对分析检测仪器的影响。为了保险起见，还可以增加美国Welker公司的ALE湿度检测液体关断器，确保意外情况下水不会进入分析仪，造成分析仪的损坏。 2）     增加一套备用的预处理系统，当正在投用的系统出问题时，由PLC控制可以自动切换，投用备用系统。例如，当湿度检测液体关断器检测到有水进入而关断时，发信号给PLC，根据PLC中的程序设置自动切换到备用系统。当然，其他的流量、温度、氧量信号也可以实现此功能。 3）     更换取样探头，改为德国M&C公司SP2000带反吹和过滤功能的取样探头，因为原取样探头有过滤器，但不带反吹功能，由于样品气中有大粉尘量，十天左右就会堵塞，必须人工开盖清理，更换过滤芯，对设备损害较大。改为这种带过滤和反吹功能的取样探头之后，可以大大提高过滤能力，通过电磁阀控制氮气定时反吹，实现自动清灰，彻底消除取样探头堵塞现象。反吹还可以分为脉冲气和连续吹扫，由可编程继电器控制电磁阀产生脉冲气，弹落过滤器上的灰尘结块，再以连续吹扫将其反吹回工艺管道。 4）  更换原有的制冷机和增压泵，新更换的制冷机处理能力达1M3，同时针对增压泵膜片易损，加装二级大接触面过滤器进一步除尘，过滤能力0.5um,保护制冷器和增压泵。           参  考  文  献： [1] 吴钟瑚，陈书通.我国2000、2010年电力供需预测和资金需求分析［J］.中国能源，1955，(8). [2] 国家环境保护总局.中国环境保护工作的最新若干情况［J］.环境保护，1998，(3).［3］张坤，曹凤中，任勇.对中国减排二氧化碳对策研究［J］.环境科学动态，1998，(12).       作者简介： 宋薇（1982年3月-    ），女，吉林，助理工程师，大学本科，主要从事电厂热工自动化工作， 通信地址：江苏省太仓市金浪镇  华能太仓电厂  检修部  热工仪控班   邮编：215424 手机号码：13616229690        电子邮件地址：<a href="mailto:36162510@qq.[/replyview">36162510@qq.[/replyview</a>]<a href="mailto:36162510@qq.com">com</a> 作者简介：宋薇（1982年3月-    ），女，吉林，助理工程师，大学本科，主要从事电厂热工自动化工作，通信地址：江苏省太仓市金浪镇  华能太仓电厂  检修部  热工仪控班   邮编：215424

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