烟气排放连续监测系统及其常见故障分析处理

2011-04-12白江文张友卫

电力工程技术 2011年3期

白江文，魏威，周强，张友卫

（1.安徽省电力建设第二工程公司通用设备安装公司，安徽合肥230088；2.江苏方天电力技术有限公司，江苏南京211102）

烟气排放连续监测系统（CEMS）是对火力发电后产生的污染物排放实行连续实时监测的在线系统，通过测量烟气中的颗粒物（烟尘）浓度、气态污染物（含SO2、NOx等）浓度等主要参数以及烟气温度、烟气速度等辅助参数，实现了脱硫效率、污染物排放总量等指标的连续自动监测，是发电企业评测脱硫设施等环保设备工作效率的重要装置。同时将采集数据实时远传至国家环保部门集中在线监测，也是国家环保部门监管火力发电企业污染物排放是否达标的关键设备。国家环保部门已于2007年出台了CEMS的技术规范[1]和检测方法[2]，为CEMS选型、系统建设和仪器检测提供了参照规范，但系统正常运行时常见故障的分析处理则很少见诸文献报道，导致一些简单的故障也必须联系设备供货厂家维护处理，延误了故障处理时间，影响了脱硫脱硝系统的正常投运。因此有必要针对其常见故障产生原因进行分析，并提出处理办法，为相关运行检修人员提供参考。

1 系统概述

CEMS系统根据技术规范要求，主要由烟尘监测、气态污染物监测、烟气排放参数监测和系统控制及数据采集处理等4个子系统组成。由于主要设备及测量原理差别很大，文章只针对目前在江苏省内应用最为广泛的FT91型CEMS进行测量原理和常见故障的分析。

1.1 烟尘监测子系统

主要对烟气排放中的烟尘浓度（颗粒物）进行连续自动监测。

1.2 气态污染物监测子系统

主要从烟道内抽取烟气传送到气体预处理系统进行除尘、除水后对烟气中的SO2、NOx等气态污染物进行连续自动监测，并将监测参数值以模拟量的形式发送到数据采集系统。

1.3 烟气排放参数监测子系统

主要对排放烟气的温度、流速或流量、湿度（烟气含水量）、压力及O2含量等辅助参数进行监测，用以将污染物的浓度转换成标准状态和规定过剩空气系数下的浓度值，以便污染物排放水平比较在统一标准下进行。

1.4 系统控制及数据采集处理子系统（DAS系统）

主要完成监测数据的采集、保存、打印等功能，并将监测数据和相关信息传送到上级主管部门。

2 测量原理

2.1 烟尘监测子系统工作原理

烟尘监测子系统采用浊度法，其原理是当光通过含有烟尘的烟气时，光强因烟尘的吸收和散射作用而减弱，通过测定入射光束通过烟气后的光强与原来光强的比值可以定量测量烟气浊度或烟尘浓度。烟尘监测子系统如图1所示。

图1 烟尘监测子系统示意图

2.2 气态污染物监测子系统工作原理

气态污染物监测子系统选用直接抽取釆样法，系统由烟气采样单元、预处理单元和分析单元组成，用于完成样气的抽取、输送、调节、处理和分析。系统采用加热抽取原理，用FR-ESP100型电加热采样探头抽取烟气（采样流速≥2 L/min），烟气在进入采样探头前经过滤器去除颗粒物，经过加热（140～160℃）、保温（120～130℃）等环节，样气被导入到预处理单元除湿，然后送入气体分析仪中进行分析,连续检测出烟气中的SO2和NOx浓度。因为烟气中的水分已被除去，所以系统提供的是干烟气的SO2和NOx排放浓度。

分析仪SO2/NOx分别采用紫外法和红外法进行测量。红外、紫外气体分析传感器原理如图2所示。左边为红外测量原理图，右边为紫外和可见光测量原理图。

图2 红外、紫外气体分析传感器原理

以NOx测量为例介绍红外测量原理（测量SO2的紫外原理除光源、滤光室和检测器实现原理外，其他与红外基本相同）。NOx的特征光谱在红外区，红外光源产生的红外光通过滤光室5后就剩下NOx的特征光谱能通过，这样，红外光是否衰减可以确定样气中NOx是否存在，而衰减的强度可知NOx的浓度，衰减强度是通过与参比气的比对来实现。其工作时红外光的流程为：由红外光源产生恒定强度的红外光，通过特殊形状的调制盘后交替进入分析室的测量侧和参比侧前的滤光室以排除其他光谱的干扰，然后由分析室经无分割墙滤光室，从出口光窗进入检测器，检测器将感受到的红外光强度（与NOx浓度有关）转换为电流信号经前置放大后送至显示回路。检测器是通过红外光的热效应来工作的，它由吸收室和补偿室组成，里面充有气体，当光从测量侧通过，由于部分红外光被吸收，吸收室里烟气被冷却，气体从补偿室流入吸收室；当光从参比侧通过，红外光不被吸收，吸收室被加热，气体由吸收室流入补偿室。这样，在吸收室和补偿室之间的流量传感器就因红外光交替通过测量侧和参比侧而产生周期流量脉冲，通过分析流量脉冲可知样气中NOx浓度。

2.3 烟气排放参数监测子系统工作原理

烟气排放参数监测子系统包括烟气流速、烟气温度、烟气压力、烟气湿度和烟气氧含量等辅助参数的实时连续监测。

2.3.1 烟气压力和流速连续监测原理

烟气压力连续监测工作原理：前端使用遮板式防堵皮托管，测量部分采用西特C268型压力变送器连续监测压力，将流程压力通过隔离膜片和灌充液传递到δ室中心的传感膜片上，基准压力以同样的方式传递到传感膜片的另一测，通过传感膜片的位移与两者压力之差成正比的关系计算出压力值。传感元件中的传感膜片和两电容极板间的电容差被电子部件转换成4～20 mA DC的二线制输出的电信号。由于气体流速与气体动压的平方根成正比，根据测得的动压计算出气体的流速。

2.3.2 烟气温度连续监测原理

烟气温度连续监测采用一体化的温度变送器，直接安装在烟道上，实现烟气温度连续监测。温度变送器包括变送器、传感器、加长件、热套管。测量原理为热电偶工作原理：将2根不同的金属导线连成一闭路，当两接点处于不同温度环境时，便产生热电势，两接点的温差越大，热电势越大。

当热电偶1个接点的温度保持恒定（称为自由端），则热电偶产生的热电势大小便完全取决于1个接点的温度（称为工作端），用毫伏计或数字式温度计测出热电偶的热电势就可以得到工作端处的烟气温度。

2.3.3 烟气氧含量连续监测原理

采用电化学法直接测量。

2.3.4 烟气湿度连续监测

薄膜电容湿度仪利用薄膜电容对水分的透过性进行测量。

3 常见故障分析处理

3.1 烟尘监测子系统数据超高报警

根据烟尘监测子系统测量原理分析，导致数据超高报警的原因有如下几点：（1）烟尘仪镜面存在积灰及水汽；（2）光路偏移；（3）设定参数错误；（4）信号传输系统等其他故障。

烟尘监测子系统出现数据超高报警时，根据以下步骤排查，并采取相应处理措施。

（1）通过DAS系统或者设备显示单元故障指示灯检查设备是否出现报警。

（2）模拟量信号输出是否与面板显示的数据为对应的线性关系，必要时按照以下程序进行详细检查：① 烟尘仪镜面是否积灰。如果存在积灰可用柔软的纸巾或专用工具对其进行清理；② 烟尘仪的光线是否偏移。如果光线偏移可以调节固定烟尘仪安装法兰螺栓来重新对光；③ 检查数据采集模块、采集系统连接线和系统设定等其他因素。