八钢烧结脱硫CEMS常见故障诊断与处理

侯杰

（宝钢集团八钢公司炼铁分公司）

1 前言

CEMS（Continuous Emission Monitoring System）即“烟气排放连续监测系统”。其主要作用是对烟气排放的污染物进行浓度和排放总量的实时监测，并将数据上传环保部门。CEMS对整个脱硫生产具有重要的指导意义，同时也是检验和控制烟气污染源排放能否满足国家标准的有效装置。

目前八钢公司烧结系统有两台265m2烧结机组（A、B）和一台430m2（C）烧结机组，对应的脱硫生产系统于2012年底正式投用。脱硫系统采用半干法脱硫工艺，脱硫装置为一机一塔，设计脱硫效率不小于95%，CEMS均采用北京雪迪龙科技股份有限公司成套设备。

在脱硫的生产过程中，CEMS故障严重时会造成烧结生产系统停机，影响生产运行。笔者对出现的CEMS故障现象及设备隐患定位与处理进行分析，通过对故障案例的梳理，提高脱硫CEMS的维护水平，确保生产的稳定运行。

2 八钢烧结厂脱硫CEMS介绍

八钢烧结厂现有6套脱硫CEMS设备，分别针对A、B、C三台烧结机组原烟、净烟进行烟气质量监测，每套设备监测参数包括：粉尘浓度、烟气流量、烟气压力、烟气温度、SO2浓度、Nox浓度、O2浓度、烟气湿度等。

2.1 CEMS工作流程

CEMS系统流程如图1所示，其中烟气流量、温度、压力、粉尘等参数通过现场仪表，直接将信号传输至仪表柜内PLC，而气体监测装置通过现场采样探头、管线进入仪表柜，经过水气分离、冷凝除水、精密过滤后进入红外气体分析仪，将信号传输给仪表柜内PLC，CEMS监测数据和状态信号分别传输给脱硫生产的DCS后台和分析室内的数据采集系统，最终通过无线传输设备传递给环保部门。

图1 CEMS系统流程图

2.2 CEMS工作原理

图2 烟气预处理示意图

2.2.1 粉尘监测装置

粉尘浓度监测仪使用MODEL2030在线粉尘烟度计，主要由激光发射电路板、激光接收电路板、信号输出板、主处理器板组成，采用激光后向散射测试原理由激光射入烟道，照射烟尘粒子，被照射的烟尘粒子对激光产生后散射光。粉尘浓度仪通过检测反射激光信号的强弱来计算烟道内粉尘浓度的大小。

2.2.2 流量监测装置

采用皮托管差压法进行测量，差压变送器采用SIEMENS公司生产的SITRANSP进行测量。

皮托管流速计主要由“S”型皮托管检测头、差压变送器构成。测量时将皮托管流速计探头插入管路中，并使全压和背压探头中心轴线处于过流断面中心且与流线方向一致，全压探头测孔正面应对来流，检测流体总压，并将其传递给差压变送器；同时背压探头测孔拾取节流静压也将其传递给变送器，变送器读取动、静压差值，并将其转换成相应的流速比例电流（4～20）mA传送给显示仪表或计算机进行数据处理。

2.2.3 气体监测装置

气体监测分析（SO2、Nox、O2浓度）采用直接抽取加热法，如图2所示。烟气预处理过程为烟道中的烟气首先通过采样泵被吸入采样探头中，采样探头对烟气进行第一级过滤和加热，然后通过带有伴热的采样管线进入到分析仪表柜内，压缩机冷凝器会对样气进行1级快速冷凝和2级快速冷凝，冷凝后1#蠕动泵和2#蠕动泵负责排出样气中的水，此时样气通过碟形滤芯进行精细过滤，过滤后的样气再通过流量调节阀最终进入分析仪进行检测。

气体分析仪采用SIEMENS生产的ULTRAMAT23多组红外气体分析仪。其中SO2浓度、NOx浓度监测采用NRIR不分光红外法，O2浓度监测采用电化学法进行测量。

2.2.4 数据采集系统

数据采集系统采用雪迪龙公司开发的PA-DAS软件，基于SIEMENS公司S7-200系列PLC，通过模拟量、开关量数据输入进行数据采集，采样周期为1s，完成对现场设备控制、报警输出等，保证设备稳定运行。同时对历史数据、分钟报表、日报表、周报表、月报表、年报表进行编辑保存，储存量可达到1年以上。

3 脱硫CEMS故障分析及处理

对生产运行过程中CEMS常见故障现象进行归类，通过分析查找故障原因并处理。

3.1 SO2浓度和NOx浓度偏低，O2浓度偏高

原因分析：此现象一般为漏气所致，漏气后，空气进入分析仪导致SO2和NOx浓度被稀释，而O2浓度上升。

故障处理：（1）首先需确定漏气点，漏气点可通过断开各级进气口，堵塞进气口，观察分析仪浮子流量计是否归零的方法来判断漏气部位。如浮子流量计归零，则表明堵塞的进气口至分析仪表部分气密性良好，然后检查后面的管路，同样的方法进行检查，直至找到漏气具体部位。

（2）常见漏气点检查：流量调节阀、蠕动泵、滤芯以及浮子流量计均可能存在漏气现象，做好日常的检查，对接口拧紧后用密封胶带进行密封，保证设备稳定运行。

3.2 SO2、NOx、O2浓度偏低，流量显示偏低

原因分析：此现象通常为采样通道堵塞，样气采集不畅通所致，与日常维护不到位有关，造成滤芯和反吹等出现异常。

故障处理：（1）检查滤芯前后通气是否畅通。对滤芯进行检查，做到定周期更换。

（2）检查反吹是否正常。在反吹过程中使用的压缩空气压力是否正常，气源是否洁净，反吹间隔和反吹时间是否正常。

（3）检查采样管线是否正常。检查采样管线气密性是否良好，采样管线的加热是否正常，升高管线加热温度和探头加热温度，看数据是否变化。

3.3 SO2偏低，NOx、O2浓度正常

原因分析：当烟气中含水分较高，而此时探头加热状态不理想，由于SO2易溶于水，生成亚硫酸，导致故障发生。其化学反应方程式：SO2+H2O=H2SO3

故障处理：（1）对所处环境气温变化进行确认和观察，气温降低或存在漏气等现象均会出现冷凝水，导致水分增大。

（2）对采样探头加热器进行检查，提高加热器的温度。

（3）对采样管线进行疏通，检查采样管线是否存在上翘或拐弯等现象，导致积水无法流出。

3.4 流量变化较大，原烟气和净烟气流量相差较大

原因分析：当现场设备发生故障，如皮托管流量计堵塞或差压变送器损坏，现场出现烟气流量变化大的现象，如图3所示。打开流量计发现皮托管外部保护套管破损，是内部正压室管路磨损漏气所致。

故障处理：（1）检查皮托管流量计是否完好，管路是否堵塞。

（2）堵住皮托管流量计的背压和正压管，检查仪表显示是否为零点和最大值。

（3）检查差压变送器，差压变送器信号是否正常。

（4）利用便携式仪器进行标定，对仪表进行校正。

3.5 粉尘监测仪显示异常

原因分析：当现场镜头脏，光未反射到镜片，导致数据偏低，清灰、检查等不及时或镜头吹扫气源压力过小，光程调节不合适等也会造成数据异常，如图4所示。

图4 粉尘监测仪光路示意图

故障处理：（1）对镜头进行清理，检查镜头的吹扫气源是否正常，一般压力要求大于200Pa。

（2）检查粉尘仪的光斑，观察光斑的形状和亮度是否正常。

（3）检查光程是否合适，根据测量烟道的直径来计算光程，调整合适的光程，当光程过小会导致测量区域的减少，而光程过大可能会造成烟道壁的反射，都会造成数据异常，应根据工况和烟道内径来调整光程，达到最佳的测量范围。

（4）对粉尘仪的零点和满度进行效验，将粉尘仪取下，用手捂住光斑发射的小孔，堵住光源，仪表显示为零，同时检查此时输出为4mA，然后将粉尘仪的探测点对准天空等空旷区域，此时仪表显示为满值，同时检查此时输出为20mA。

（5）对不满足输出值时需要对粉尘仪进行调整，调整方法有两种，一种为在电路板中利用电位器调节零点和增益，第二种为利用软件UserMonitor在后台对粉尘仪进行调试。由于电位器故障率较高，建议使用第二种方法进行调整。

4 结束语

CEMS作为脱硫生产重要设备，日常维护管理是关键。脱硫投产运行两年来，烧结厂设备一直由现场工人进行维护，从现场设备的基础管理到标准的制定一步步趋于完善，建立了日巡检、周标定、月比对的良好管理模式。通过对设备数据变化、历史趋势的分析，指导现场故障的处理，提高了CEMS的稳定性，为整个烧结生产的顺行提供了保障。

[1]HJT 75-2007.固定污染源烟气排放连续监测技术规范.

[2]HJT 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).

[3]GB/T 16157.固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法.