火电厂烟气脱硝在线连续监测系统(CEMS)应用中存在问题及解决措施
2013-01-28徐小勇
徐小勇
(浙江蓝天求是环保集团有限公司 浙江杭州 310012)
依据我国目前的烟气排放控制水平，到2020年，火力发电厂排放的二氧化硫(SO2)、烟尘和氮氧化物(NOx)将分别达到2100万吨、500万吨和1000万吨以上[1]。为了防止大气环境污染的加剧，国家环保部门采取了一系列严格的环保政策和有效的技术措施。
脱硝CEMS系统与脱硫CEMS系统相比，脱硝装置在电除尘（或袋除尘）装置之前，而脱硫装置在除尘装置之后。由于安装位置发生了变化，因此脱硝装置的运行工况跟脱硫装置相差极大。运行工况的变化给按脱硫CEMS技术标准生产的，而实际运用到烟气脱硝装置的CEMS运行产生比较的问题。由于脱硝CEMS系统安装位置的前移，脱硝CEMS系统运行环境将比脱硫CEMS系统更为恶劣，脱硝装置将面临着高温、高粉尘、高负压等一系列的问题[3]。
CEMS系统是脱硝设施很重要的一个辅助系统，CEMS系统是否正常工作关系到脱硝设施的安全、稳定运行。在实际应用中CEMS系统经常会出现问题，解决好这些问题是脱硝稳定运行的保障。
鉴于该系统越来越重要，其测定数据极有可能成为将来总量收费的依据，因此，寻找问题所在，提出相应的对策建议，以保证CEMS装置长期稳定的运行，这是非常必要的[4-8]。
2 脱硝CEMS系统组成
CEMS系统主要由四个部分组成，具体如下：
（1）气态污染物监测部分：监测烟气中的NOx、NH3浓度等。
（2）烟气排放参数监测部分：监测烟气流速、温度、压力、氧含量等。
（3）控制系统部分：采用PLC控制，包括系统的采样、反吹、维护、校准、报警等的控制。同时当系统维护、反吹、校准的时候，系统模拟量信号输出保持不变，另外当系统处于报警的时候，系统会根据各种报警采取相应的控制。完成数据的采集、处理，并按相关标准要求的数据格式将相关参数上传环保部门。
3 烟气脱硝系统中CEMS存在的主要问题
3.1 粉尘浓度高引起的采样系统堵塞问题
脱硝系统的CEMS布置在省煤器和空预器之间，由于烟气没有经过除尘器，烟气中的粉尘浓度高达30g/m3，有的甚至更高，极易造成烟气采样系统堵塞。为了抽取烟气样气到分析仪进行分析，在烟气抽取的过程中，第一步要在采用探头位置设置过滤装置，避免粉尘颗粒进入采样管，引起采样管线堵塞，一旦堵塞，处理起来的难度就会很高。同样，在测量烟气流速时，也要考虑皮托管的堵塞问题。因而解决好采样系统中过滤器的堵塞和清理对烟气样气分析至关重要。
共性问题：
1.烟气采样系统中采样管线伴热效果差，采样管线的伴热温度不能维持在烟气露点温度以上，造成烟气在管内结露、在烟气中粉尘的共同作用下引起采样管堵塞。
2.因锅炉投油助燃，烟气中的大量油烟污染并堵塞取样探头。
3.烟气中粉尘含量过大，导致取样探头内的过滤器堵塞。
4.取样探头内的过滤器滤芯孔径的选择不合理，孔径过大，进入取样管线的灰尘过多。
5.采样探头中过滤网的孔径的选择太小，增大了堵塞几率。
6.安装时，管道弯曲半径过小或打折，流道受阻，产生堵塞。
7.吹扫时间间隔设置过长。
8.吹扫用压缩空气是带水、含油，从而污染堵塞管道。
3.2 分析仪因无流量而失灵
由于脱硝CEMS的工作环境相当恶劣，可能造成取样系统堵塞，因此分析仪会因无流量而失灵，监测分析数据失效。
共性问题：
1.取样管道或探头堵死。
2.预处理系统内部过滤器堵塞。
3.预处理系统中冷凝器结冰，除湿效果差；
4.预处理系统中蠕动泵故障，冷凝器不能正常工作，除湿效果差。
5.预处理系统中的抽气泵长时间带水运行，烟气抽取不出。
3.3 高温的问题
一般情况下，脱硫系统入口的烟温约为115~150℃，脱硫系统出口的烟温约为50℃（无GGH）。而在脱硝系统入口的烟温在310~420℃左右，出口烟温与入口相差不大。因此，如果采用与脱硫CEMS系统相同的测量方法，则采样探头、皮托管流量计的取压元件，温度仪表等需插入烟道中设备必须选用耐高温的材料，确保其能在高温环境下安全、稳定的运行，从而保证数据的准确性。
3.4 腐蚀变形的问题
脱硝系统中的烟气中含有、NO、NO2、水蒸气、NH3、和 SO2等。烟气在反应过程中可能生成酸或者碱以及强酸弱碱盐等物质。工作环境比较恶劣，采样探头、皮托管流量计的取压元件、温度仪表都置于烟道内，同时烟道内的烟气流速比较快（一般为15m/s），这些都会导致传感器的变形和腐蚀，引起测量仪表失效。
共性问题：
脱硫脱硝系统中的SO2/NO2气体都易溶于水，溶解体积比分别为 1:40（水:气）和 1:4（水:气）。SO2/NO2气体溶于水后分别生成硫酸和硝酸溶液，该酸性溶液的腐蚀性随其浓度的增大而变大。
脱硫系统的SO2/SO3原烟气露点温度在120℃～130℃；脱硝系统的NOx原烟气露点温度在60℃左右。对于直接抽取式CEMS，如果取样管线温度控制不当，则污染物气体会直接结露。
脱硝系统净化烟气中NH3与SO3反应生成硫酸氢铵和硫酸铵。这两种物质都是强酸弱碱盐，水溶液具有一定的腐蚀性。并且，硫酸铵固体在280℃开始分解，分解物质为硫酸氢铵和氨气，因此这两种物质在取样管中有结晶的可能。
3.5 分析传感器的量程以及检出限的问题
针对燃煤锅炉的实际情况，脱硝装置前烟道内NOx的浓度在400~1000 mg/Nm3，《大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定脱硝后的氮氧化物浓度不大于100mg/Nm3。因此脱硝装置前后NOx的检测要求传感器具有较大的量程，并且具有较低的检测限，确保脱硝前后NOx的检测的准确性。
同时，为了防止脱硝过程中还原剂NH3的逃逸造成二次污染，以及生成氨盐腐蚀下游设备，在脱硝装置的出口设置了氨逃逸检测设备，《火电厂烟气脱硝工程技术规范_SCR》(HJ_562-2010)逃逸氨的浓度不大于3 ppm，因此对逃逸氨设备最低检测限的要求则更高，一般要求为0.15~0.3 ppm。
4 针对主要问题的解决措施
针对以上脱硝系统中CEMS系统中存在的主要问题，提出相应的对策，以供参考。
4.1 取样管堵塞解决对策
4.1.1 加强电加热器装置的定期维护，保证设备的正常运行，建议伴热管线的温度设定的参考值为150℃-180℃。
4.1.2 根据实际烟气成分，选择合适的过滤器滤芯。
4.1.3 安装时，管道弯曲度要平缓，保证流道通畅。
4.1.4 吹扫频率或者间隔时间必须满足取样管基本使用要求。
4.1.5 提高吹扫压缩空气品质，确保满足要求。
4.2 取样探头堵塞解决对策：
4.2.1 锅炉启动投油阶段，一直进行取样器反吹，避免油烟进入。
4.2.2 根据实际烟气成分，选择适合的过滤器滤芯。
4.2.3 定期清洗、及时维护取样探头，如每三个月清洗维护一次。
4.3 分析仪因无流量而失灵解决对策：
4.3.1 取样管道或者探头防堵见前面相应的对策。
4.3.2 定期检查、维护预处理系统前置烟气过滤器，保证其正常工作。
4.3.3 定期检查、维护冷凝器，保证其除湿效果良好；定期检查抽气泵进出口管道带水情况，及时清理，防止抽气泵长期超负荷工作。
4.4 取样管及元件腐蚀解决对策
4.4.1 防止取样管路因加热温度低而结露。
4.4.2 保证除湿装置的正常稳定工作。
4.4.3 保证系统定期、有效吹扫，做好设备元件的定期检查和维护工作。
5 结语
本文简要介绍了脱硝CEMS系统的组成，针对目前市场上的通用的CEMS系统在脱硝过程中可能存在的问题，提出了相应的解决方案。问题解决后设备的运行情况良好，提高了设备的使用寿命，保证了CEMS系统长期稳定的运行，也提高了测量的准确性，为环保部门提供了准确的监测数据。
[1]万亨.烟气脱硫脱硝中烟气排放连续监测系统的应用介绍与分析[J].能源环境保护,2010,24(6):57-60.
[2]《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011).
[3]阿不都可力木·阿不都拉,黄立华等.烟气脱硝在线连续监测系统应用探索[J].中国环保产业,2012,2(2):23-24.
[4]HJ/T75-2007,固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）[Z].
[5]HJ/T 76-2007,固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法（试行）[Z].
[6]贾晓红.固定大气污染源污染物排放连续监测系统问题浅析[J].山西能源与节能,2004,34(3):44-451.
[7]朱法华,王飞,潘荔.全国火电厂烟气连续监测系统运行状况调研及分析[J].中国环境监测,2000,16(5):7-111.
[8]潘荔,王卓昆,王志轩.我国火电厂烟气排放连续监测装置现状及对策建议[J].环境科学研究,2005,18(4):42-451.
[9]《火电厂烟气脱硝工程技术规范要求》(HJ562-2010).
