西門(mén)子U23在超低排放中的使用遇到的問(wèn)題
火電廠(chǎng)超低排放改造后，由于傳統的預處理系統除水不*，西門(mén)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(huán)保數據無(wú)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中國積累了大量的西門(mén)子U23使用用戶(hù)，也親臨了無(wú)數火電發(fā)電CEMS現場(chǎng)。對現場(chǎng)使用情況十分熟悉，并對現場(chǎng)存在的問(wèn)題做了仔細研究和探查。
背景
隨著(zhù)對環(huán)保要求的不斷提高，CEMS分析儀的重要性越來(lái)越高，火電廠(chǎng)進(jìn)行超低排放改造以后，大部分電廠(chǎng)脫硫設備都進(jìn)行了升級改造，通過(guò)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(mǎn)足超低排放標準，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(jīng)常出現數據漂移，突變回零現象，給電廠(chǎng)的安全經(jīng)濟運行帶來(lái)很大困擾，可以說(shuō)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(huán)保數據的監測和傳輸，直接影響電廠(chǎng)的環(huán)保經(jīng)濟指標的考核。
設備現狀
西門(mén)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(mǎn)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(guò)程中，小量程分析儀經(jīng)常會(huì )產(chǎn)生量程漂移和零點(diǎn)漂移現象(現場(chǎng)很多標零氣直接抽取空氣未處理，導致零點(diǎn)不對），據現場(chǎng)觀(guān)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(shí)間設為1小時(shí)，這樣會(huì )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(lái)很大困擾，經(jīng)常會(huì )導致脫硫出口SO2數據異?；虺瑯?，在對環(huán)保要求日益嚴格的情況下，要求火電廠(chǎng)保證環(huán)保數據正常，不能因脫硫設備故障，超標排放，觸碰環(huán)保紅線(xiàn)，而現狀是經(jīng)常由于CEMS分析儀問(wèn)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(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)保表計能夠準確，可靠測量，已經(jīng)成為困擾火電廠(chǎng)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分析儀數據漂移，數據波動(dòng)回零，經(jīng)分析引起數據波動(dòng)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(jìn)入分析儀，由于西門(mén)子U23分析儀SO2測量原理為紅外光譜測量，主要通過(guò)測量相關(guān)波段紅外線(xiàn)的衰減幅度來(lái)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(shí)上溫度顯示儀顯示的是熱交換器溫度監測點(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壓，樣氣露點(diǎn)有明顯的差別。將出口樣氣顯示溫度當作出口樣氣露點(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的酸，從而導致目標酸性氣體的濃度測量值比實(shí)際值要低，嚴重時(shí)因吸收嚴重會(huì )發(fā)生SO2*測不出的問(wèn)題。通過(guò)相關(guān)研究可知：含SO2煙氣通過(guò)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(shí)間從數分鐘延長(cháng)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(shí)，測量誤差問(wèn)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%。
SO2在不同溫度下在水中的溶解度曲線(xiàn)
上圖為SO2在不同溫度下在水中的溶解度曲線(xiàn)，通過(guò)這條曲線(xiàn)可知：隨著(zhù)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(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)由于相應的酸具有較強的腐蝕性，會(huì )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(jīng)過(guò)詳細分析，發(fā)現現有預處理還存在以下問(wèn)題：
1、探頭未采用加熱型探桿，會(huì )導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(xiàn)溫度不夠(現場(chǎng)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(xiàn)過(guò)長(cháng)，有U型轉彎處可能存有積水之類(lèi)的（建議定期沖洗）CEMS在抽樣氣過(guò)程中，煙氣溫度降到一定值時(shí)，其中的蒸汽會(huì )凝結成水，而SO2能與水反應生成亞硫酸，如果取樣管線(xiàn)中有水，不但會(huì )影響測量準確性，而且會(huì )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(diǎn)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(xiàn)距離太長(cháng)，伴熱溫度還設到以前的120℃，已經(jīng)不能滿(mǎn)足超低排放改造的要求
3、機柜內伴熱不全，通常伴熱管線(xiàn)只連接到CEMS小屋內的控制機柜，但機柜內有部分樣氣管線(xiàn)沒(méi)有伴熱，非常容易發(fā)生冷凝。
4、冷凝器冷凝效果不佳（建議溫度設到2度左右）。
現預處理只有一級過(guò)濾，一個(gè)蠕動(dòng)泵，煙氣經(jīng)過(guò)冷凝器降溫過(guò)程中，冷凝的水氣不能及時(shí)排出，形成預處理的保護過(guò)濾器儀表進(jìn)氣口有掛水現象。
5、標零氣沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理在室內或室外抽取，造成SO2零點(diǎn)不對，測量不準（建議經(jīng)過(guò)預處理，如果在實(shí)測SO2長(cháng)期在10MG/M3的建議使用高純空氣或使用零氣發(fā)生氣）
6、標零周期太長(cháng)，或沒(méi)有自動(dòng)標零功能。（建議標零周期為2-4個(gè)小時(shí)）
建議改造方案
CEMS分析儀數據波動(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處理除水*，避免SO2溶于水。
針對現場(chǎng)預處理現狀，我們經(jīng)過(guò)了詳細分析，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(xiàn)，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(xiàn)中不會(huì )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(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(chǎng)曾發(fā)生過(guò)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(xué)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(huì )從一個(gè)磺酸基向另一個(gè)磺酸基傳遞，終到達另外一側的管壁，Nafion管在連續的除濕過(guò)程中，只選擇性的去除煙氣中的水份，水氣經(jīng)過(guò)鈉分管進(jìn)行分離，分離后的水氣，通過(guò)接入經(jīng)過(guò)濾、干燥、無(wú)油的儀用氣，將水分吹走，保證進(jìn)入分析儀的數據穩定可靠。能及時(shí)排出，形成預處理的保護過(guò)濾器儀表進(jìn)氣口有掛水現象。
6、保證標零氣的準確性
自動(dòng)標零時(shí)，自動(dòng)標零的空氣也很重要，建議經(jīng)過(guò)預處理，因為標零氣含有水氣也會(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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