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(fang)改造(zao)后(hou)，由于(yu)傳統的(de)預處理系統除(chu)水(shui)不(bu)*，西門子U23分(fen)析儀因水(shui)氣(qi)干擾導致出口(kou)SO2漂移嚴重,數(shu)據頻繁回零或跳變,環保數(shu)據無法正常監(jian)視，調(diao)整，嚴重影響機組(zu)安全穩定運行.
; 我司(si)上海湘乾(qian)儀器(qi)儀表有(you)限公(gong)司(si)在(zai)中國積累了(le)大量(liang)的西門子U23使用(yong)用(yong)戶，也(ye)親臨(lin)了(le)無數火電發電CEMS現(xian)場(chang)。對現(xian)場(chang)使用(yong)情(qing)況十分熟悉，并對現(xian)場(chang)存在(zai)的問題做了(le)仔(zi)細(xi)研究和探查。
背景
隨著對環(huan)保要求的(de)(de)不斷提高(gao)，CEMS分析儀的(de)(de)重要性越來越高(gao)，火(huo)電(dian)(dian)廠進(jin)行(xing)超低排(pai)放(fang)改(gai)造(zao)(zao)以(yi)后，大部(bu)分電(dian)(dian)廠脫硫設(she)備(bei)都進(jin)行(xing)了升級改(gai)造(zao)(zao)，通(tong)過(guo)提高(gao)吸收塔高(gao)度，增加噴淋(lin)層，提高(gao)SCR效率等方式，脫硫效率基本都滿足超低排(pai)放(fang)標準，但對于(yu)小量(liang)程的(de)(de)二氧化硫測量(liang)，由于(yu)改(gai)造(zao)(zao)前未引起足夠重視，CEMS預(yu)處理(li)系(xi)統(tong)未同步改(gai)造(zao)(zao)，導致預(yu)處理(li)系(xi)統(tong)經常出現數據漂(piao)移，突變回零現象，給(gei)電(dian)(dian)廠的(de)(de)安全經濟運行(xing)帶來很大困擾，可(ke)以(yi)說預(yu)處理(li)系(xi)統(tong)的(de)(de)可(ke)靠性直接(jie)(jie)影響脫硫系(xi)統(tong)設(she)備(bei)運行(xing)的(de)(de)穩定(ding)性和環(huan)保數據的(de)(de)監測和傳輸，直接(jie)(jie)影響電(dian)(dian)廠的(de)(de)環(huan)保經濟指標的(de)(de)考核。
設備現狀
西門(men)子U23分(fen)(fen)析儀采用(yong)的(de)是直接抽取式，二(er)氧(yang)化(hua)硫，氮(dan)氧(yang)化(hua)物采用(yong)非(fei)分(fen)(fen)散紅(hong)外光譜法原(yuan)理(li)，氧(yang)量(liang)采用(yong)電化(hua)學測量(liang)原(yuan)理(li)，脫硫出(chu)口分(fen)(fen)析儀量(liang)程二(er)氧(yang)化(hua)硫，氮(dan)氧(yang)化(hua)物、氧(yang)量(liang)量(liang)程分(fen)(fen)別是100mg/m3,100mg/m3，0-25%。
的(de)超(chao)低(di)排放標(biao)準：在基準氧(yang)含(han)量(liang)6%條件(jian)下，煙(yan)塵，二(er)氧(yang)化(hua)硫，氮氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)排放濃度(du)分(fen)別不高(gao)于(yu)10，35，50mg/m3,超(chao)低(di)排放改造后，為(wei)滿足煙(yan)氣數(shu)據測量(liang)，我(wo)們更(geng)換了小量(liang)程分(fen)析儀，二(er)氧(yang)化(hua)硫，氮氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)由0-500mg/m3更(geng)換為(wei)100mg/m3。
由于脫硫(liu)CEMS預處理未(wei)改造，在使用過程(cheng)(cheng)中，小量程(cheng)(cheng)分(fen)(fen)析儀經常(chang)會(hui)產生(sheng)量程(cheng)(cheng)漂移和(he)零點(dian)漂移現(xian)象(現(xian)場很多標零氣直接抽取空氣未(wei)處理，導致零點(dian)不對），據現(xian)場觀察，在冷凝(ning)器(qi)溫度為(wei)(wei)3－5℃的情況下，SO2的溶(rong)解度非(fei)常(chang)高(gao)，經常(chang)導致測不出，數(shu)據頻(pin)繁(fan)回零，為(wei)(wei)保證分(fen)(fen)析儀精度，不得已將(jiang)分(fen)(fen)析儀零位自標定時(shi)間設為(wei)(wei)1小時(shi)，這樣(yang)會(hui)導致標定前后數(shu)據跳變(bian)，大(da)可達到20-30mg/m3,如下圖
由(you)于SO2數(shu)(shu)據頻(pin)繁突(tu)變或回(hui)零，給(gei)運行人員操作調整帶來很(hen)(hen)大困擾，經常(chang)會導致脫(tuo)硫(liu)出口SO2數(shu)(shu)據異常(chang)或超(chao)標，在對(dui)環(huan)保要(yao)求日益(yi)嚴格的(de)情況下，要(yao)求火電(dian)(dian)廠(chang)保證(zheng)環(huan)保數(shu)(shu)據正(zheng)常(chang)，不能(neng)因(yin)脫(tuo)硫(liu)設備故(gu)障，超(chao)標排(pai)放，觸碰環(huan)保紅線，而現狀是經常(chang)由(you)于CEMS分析儀問題，導致數(shu)(shu)據超(chao)標，給(gei)公司對(dui)外形(xing)象(xiang)造(zao)成很(hen)(hen)大的(de)負面影響，同時也面臨昂貴的(de)環(huan)保電(dian)(dian)價考核。在超(chao)低排(pai)放改造(zao)完，如何保證(zheng)環(huan)保表計能(neng)夠準確，可靠測量，已(yi)經成為困擾火電(dian)(dian)廠(chang)增(zeng)發電(dian)(dian)量、保證(zheng)環(huan)保電(dian)(dian)價的(de)一大難題，改造(zao)迫在眉睫。
原因分析
對(dui)于CEMS分(fen)析(xi)儀數據(ju)漂移(yi)，數據(ju)波動(dong)回零(ling)，經(jing)分(fen)析(xi)引起數據(ju)波動(dong)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因為樣氣中(zhong)帶(dai)水，標零(ling)氣中(zhong)帶(dai)水，有未除去的(de)水汽(qi)進入(ru)分(fen)析(xi)儀，由于西門子U23分(fen)析(xi)儀SO2測量(liang)(liang)(liang)原(yuan)理為紅(hong)外光譜測量(liang)(liang)(liang)，主(zhu)要(yao)通(tong)過測量(liang)(liang)(liang)相(xiang)(xiang)關波段(duan)紅(hong)外線的(de)衰減幅度來測量(liang)(liang)(liang)相(xiang)(xiang)應氣體的(de)濃度，此種(zhong)測量(liang)(liang)(liang)原(yuan)理水汽(qi)干(gan)擾對(dui)數據(ju)的(de)影響非常大。
傳(chuan)統(tong)冷(leng)(leng)(leng)干直(zhi)抽法，冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)器除水設定溫(wen)度(du)(du)為3-4℃，事(shi)實(shi)(shi)(shi)上溫(wen)度(du)(du)顯(xian)示(shi)儀顯(xian)示(shi)的(de)是(shi)熱交換器溫(wen)度(du)(du)監測(ce)點(dian)處的(de)溫(wen)度(du)(du)，此溫(wen)度(du)(du)和出(chu)(chu)(chu)口樣氣(qi)溫(wen)度(du)(du)是(shi)存(cun)在(zai)(zai)(zai)差(cha)異的(de)。例如冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)器工作(zuo)是(shi)在(zai)(zai)(zai)正壓或是(shi)負壓，樣氣(qi)露(lu)點(dian)有明顯(xian)的(de)差(cha)別。將出(chu)(chu)(chu)口樣氣(qi)顯(xian)示(shi)溫(wen)度(du)(du)當作(zuo)出(chu)(chu)(chu)口樣氣(qi)露(lu)點(dian)，是(shi)技術上的(de)誤解(jie)(jie)，實(shi)(shi)(shi)際露(lu)點(dian)約為6-10℃(采用手持式露(lu)點(dian)儀監測(ce))，由(you)于(yu)(yu)實(shi)(shi)(shi)際露(lu)點(dian)高(gao)，容易造成冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)水析出(chu)(chu)(chu)。煙(yan)(yan)氣(qi)中(zhong)易溶性氣(qi)體(ti)SO2，會(hui)溶于(yu)(yu)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)水而(er)生成相應(ying)的(de)酸(suan)(suan)，從(cong)而(er)導致目(mu)標酸(suan)(suan)性氣(qi)體(ti)的(de)濃度(du)(du)測(ce)量(liang)(liang)值比實(shi)(shi)(shi)際值要低(di)，嚴(yan)(yan)重時因吸(xi)(xi)收嚴(yan)(yan)重會(hui)發(fa)生SO2*測(ce)不出(chu)(chu)(chu)的(de)問題。通過相關研究可知：含SO2煙(yan)(yan)氣(qi)通過一定量(liang)(liang)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)水后,煙(yan)(yan)氣(qi)中(zhong)SO2的(de)一部分總要被溶解(jie)(jie)吸(xi)(xi)收,表現在(zai)(zai)(zai)測(ce)量(liang)(liang)系統(tong)的(de)當量(liang)(liang)響應(ying)時間(jian)從(cong)數分鐘延長到(dao)數十分鐘,測(ce)量(liang)(liang)誤差(cha)十分嚴(yan)(yan)重；特(te)別是(shi)測(ce)量(liang)(liang)SO2濃度(du)(du)較低(di)且含水量(liang)(liang)高(gao)的(de)煙(yan)(yan)氣(qi)時，測(ce)量(liang)(liang)誤差(cha)問題尤為嚴(yan)(yan)重。例如在(zai)(zai)(zai)170ppmSO2，34.52%水氣(qi)組(zu)成的(de)模(mo)擬(ni)煙(yan)(yan)氣(qi)中(zhong)，SO2損失高(gao)達(da)60%。
SO2在不同溫度下(xia)在水(shui)中的溶解度曲線
上圖為(wei)SO2在(zai)(zai)(zai)不同溫度(du)下在(zai)(zai)(zai)水(shui)(shui)中的(de)(de)(de)(de)溶解度(du)曲(qu)線，通(tong)過這(zhe)條曲(qu)線可知：隨著溫度(du)的(de)(de)(de)(de)降(jiang)低，SO2在(zai)(zai)(zai)水(shui)(shui)中的(de)(de)(de)(de)溶解度(du)逐漸(jian)升高，當冷凝器的(de)(de)(de)(de)運行(xing)溫度(du)3-5℃范(fan)圍時，SO2的(de)(de)(de)(de)溶解度(du)很高，再加之有(you)冷凝器存在(zai)(zai)(zai)勢必析出冷凝水(shui)(shui)，這(zhe)樣，SO2在(zai)(zai)(zai)冷凝器中的(de)(de)(de)(de)損失(shi)是(shi)比(bi)較高的(de)(de)(de)(de)。同時由于相應的(de)(de)(de)(de)酸具有(you)較強的(de)(de)(de)(de)腐蝕性，會(hui)嚴重腐蝕分析儀的(de)(de)(de)(de)氣室，導致分析儀的(de)(de)(de)(de)損壞，提高了CEMS系統(tong)的(de)(de)(de)(de)維(wei)護成本和(he)設備更換成本。
經過詳細分析，發現現有預處理(li)還存(cun)在以(yi)下問(wen)題：
1、探頭未采用加熱型(xing)探桿，會(hui)導致取樣煙氣在(zai)探頭取樣處(chu)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(yang)氣(qi)過程中(zhong)(zhong)(zhong)，煙氣(qi)溫度降(jiang)到一定值時，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)會凝結成(cheng)水(shui)，而SO2能與(yu)水(shui)反應生(sheng)成(cheng)亞硫酸，如果取(qu)樣(yang)管(guan)(guan)(guan)線(xian)中(zhong)(zhong)(zhong)有水(shui)，不(bu)但會影(ying)響測量準確(que)性(xing)，而且會嚴重影(ying)響儀表的(de)(de)使用壽命，要保證(zheng)(zheng)煙氣(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)不(bu)凝結，必須保證(zheng)(zheng)溫度在凝結點以(yi)上，為(wei)了避免取(qu)樣(yang)管(guan)(guan)(guan)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)蒸(zheng)汽(qi)凝結成(cheng)水(shui)，取(qu)樣(yang)管(guan)(guan)(guan)都有伴(ban)熱(re)(re)裝(zhuang)置，由于伴(ban)熱(re)(re)管(guan)(guan)(guan)線(xian)距離(li)太長，伴(ban)熱(re)(re)溫度還設到以(yi)前的(de)(de)120℃，已經不(bu)能滿足超低排放(fang)改(gai)造(zao)的(de)(de)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(zhen)對現場預(yu)處理現狀，我們經過了詳細分(fen)析，主要做了以(yi)下改(gai)造(zao)建議(yi)：
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）
