烟气连续排放监测系统的日常维护及故障分析

丁敏，慕军，郑智群

（中石化齐鲁石化分公司，山东 淄博 255400）

引言

企业作为环境保护的责任主体，环境管理水平直接影响我国环保目标的实现。国内某国有大型企业目前拥有15炉13机及与之配套的燃料、输电、供电、脱硫、脱硝等系统，近年来，先后投入大量资金用于“三废”治理和减排，环保工作取得突出成绩。

2015年初，该厂开始着手燃煤锅炉超低排放技术调研和可行性方案研究，寻找符合该厂锅炉性能特点的超低排放改造技术路线。2016年2月中石化总部批复了5台CFB锅炉（二化动力站3台CFB锅炉及炼油动力站2台CFB锅炉）的脱硫、脱硝、除尘超低排放改造项目，2016年3月中石化总部批复了10台煤粉炉（热电站及乙烯动力）超低排放方案。

1 锅炉烟气超洁净排放项目

热电站及乙烯站10台煤粉锅炉烟气超洁净排放项目，脱硫采用氨法脱硫技术，原有的脱硫装置增加一层喷淋，保证更高的覆盖效果，优化吸收段结构、强化传质效果、提高覆盖效果，进一步提升了脱硫效率。脱硝采用低氮燃烧器改造+SCR技术，该次改造在脱硝反应器增加一层催化剂就可以满足≤50mg/m3标准要求。除尘采用新型超声波除尘技术。

二化动力站3台CFB锅炉及炼油动力站2台CFB锅炉烟气超洁净排放技术改造项目：

对5台CFB锅炉进行脱硫、脱硝和除尘技术改造。脱硫采用原有炉内脱硫+新增循环流化床半干法烟气脱硫技术，除尘采用电预除尘+超细布袋除尘技术，脱硝采用原有SNCR脱硝+新增COA协同氧化吸收脱硝技术。

通过1年多建设，目前该厂锅炉已全部完成超低排放改造，并全部在烟气出口及入口标准位置加装烟气在线监测系统（CEMS）对烟气入口及出口烟气数据进行实时监测，其中出口监测数据实时上传环保局在线监测平台。所安装CEMS型号为SCS-900。目前运行效果良好，在CEMS提供的准确数据下，工艺车间根据在线数据加强工艺运行优化，外排烟气NOx＜50mg/Nm3、SO2＜35mg/Nm3、粉尘＜5mg/Nm3，全部达到超低排放标准，满足国家和地方环保法律法规和标准要求，实现了社会效益和经济效益共同提升的双赢。

在使用CEMS日常运行期间，需要对设备进行日常的维护。本文主要分析了某企业生产的SCS-900型CEMS的日常维护及故障处理。

2 SCS-900型CEMS组成

烟气连续排放监测系统，即CEMS是英文Continous Emission Montoring System的缩写。该系统对固定污染源颗粒物浓度和气态污染物浓度以及污染物排放总量进行连续自动监测，并将监测数据和信息传送到环保主管部门，以确保排污企业污染物浓度和排放总量达标。同时，各种相关的环保设备如脱硫、脱硝等装置，也依靠CEMS的数据进行监控和管理，以提高环保设施的效率。

CEMS系统监测的污染物主要有：二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、颗粒物；烟气参数主要有：氧含量（O2）、烟气流速（流量）、烟气湿度、温度和压力等。根据燃料及燃烧工艺的不同，还可监测一氧化碳（CO）、氯化氢（HCl）等。

CEMS系统主要包括四个部分：1）气态污染物监测子系统，主要对烟气排放中SO2、NOx、CO、CO2等以气态方式存在的污染物进行监测；2）颗粒物监测子系统，主要对烟气排放中的烟尘浓度进行测量；3）烟气排放参数监测子系统，主要对排放烟气的温度、压力、湿度、含氧量等参数进行监测，用以将污染物的浓度转换成标准干烟气状态和排放标准中规定的过剩空气系数下的浓度；4）数据处理子系统，主要完成测量数据的采集、存储、统计，并按相关标准要求的格式将数据传输至环保部门。

3 日常维护

3.1 气态污染物检测子系统

该系统主要由采样探头、取样管线、各种阀体、冷凝器、过滤器、分析仪等部件组成，日常的维护工作也主要在这几个部件中展开。

3.2 取样探头（见图1）

取样探头的日常维护检查：1）螺旋加热器是否正常。如不加热，会引起样气流量过低，探头腐蚀，滤芯堵塞；2）滤芯是否污物过多，如需清洁，可用压缩空气处理，不能用铁刷和水处理；3）温控开关及可调温控器是否正常；4）吹扫电磁阀膜片有无脏物，是否漏气；5）探头端盖密封圈是否完好，四个螺丝是否上紧；6）接头与管连接处密封是否完好；7）探头温度一般设置为140℃左右；8）探头右侧减压过滤阀的输入压力要达到一定值以上才能稳压不漏气，需调整到4～6kg；9）检查吹扫。

图1 取样探头组成

3.2.1 伴热管线

SCS-900伴热管线由伴热带、保温材料、取样管、校准管、铂电阻等组成。为防止取样中有些监测气体易溶于水，在SCS-900系统中，使用伴热管线进行样品的传输，加热温度控制在140℃～160℃，确保样品在传输过程中无损失。

日常维护点：1）取样管的伴热带功率为每米40瓦，根据现场实际所用长度计算整根取样管加热功率；2）量取伴热带两端电阻值，若相等且与计算值相对应，则伴热带正常。

3.2.2 预处理

预处理主要对烟气进行除湿、除尘，烟气超露点时会引起湿气冷凝，造成烟气中的水蒸汽与酸雾形成酸性气体，腐蚀系统内的部件。预处理包含的部件有：冷凝器、电磁阀、手动阀、取样泵、各种过滤器等。因此日常的维护主要集中在各部件的维护以及各部件之间衔接点的气密性维护。

日常维护点：1）气密性检查，检查前先将所有接头的螺帽拧紧；2）泵前气密性检查，将针阀顺时针旋到底关死旁路，堵死截止阀上端的进气口，看仪表上浮子流量计，若是降到最低端并静止不动，则气密性良好，否则系统可能漏气，应逐一检查各接头密封性；3）泵后气密性检查，需小心谨慎操作；4）排水管必须接到储液桶里并保持管路排水畅通，伸进储液桶的机柜排气管不能过深，防止被废液漫过。由储液桶引出的排气管必须引到室外，穿墙及室外部分应缠到取样管上，利用取样管的伴热保证排气管有一定的温度，防止冬天管内结冰堵死排气管；5）检查机柜显示灯状态及各个开关是否正常；6）检查保护过滤器是否有水渍变色；7）检查疏水过滤器是否正常；8）检查蠕动是否正常，排水是否正常；9）检查制冷器的工作温度是否保持在设定温度，制冷状态是否正常。

3.2.3 分析仪

经过对烟气的各种处理后，气体送达分析仪，对样气中的气态污染物浓度进行监测。气体分析仪的日常维护主要集中在：1）零点校准；2）量程校准；3）气流量是否正常；4）分析仪显示的数值是否在正常范围，状态指示是否正常。

3.3 颗粒物监测子系统

SCS-900系统中使用的产品为MODEL 2030型粉尘仪，该粉尘仪为激光后散射式粉尘仪，其测量原理如图2。

图2 MODEL 2030型粉尘仪光路图

3.3.1 仪器的校准

具体实施步骤如下：1）系统内部电路及光路配置了零点自动校准，系统每24小时自动进行零点校准；2）系统配备一个校准工具，用于进行零点和跨度校准；3）校准时，旋下蝶形螺母将主机拿下，将校准工具的定位销对准仪器上的销孔插入，然后测量输出值。将校准工具旋转180度可分别进行零点和跨度校准。

3.3.2 光学元件

光学元件缓慢污染情况，需定期清洁处理。清洁液为50%的酒精蒸溜水溶液，注意不要用含有油的酒精。

3.3.3 吹扫系统

1）采用鼓风机吹扫时，将空气过滤器卸下后，吹掉上面的灰尘，或用清水冲洗。如过滤器过滤面无损伤，风阻不大，则可继续使用；2）采用压缩空气吹扫时，气源必须为连续的、无油、无水、洁净的压缩空气。

3.4 烟气排放参数监测子系统

烟气排放参数监测子系统中测量的参数为：氧含量、烟气温度、烟气压力、烟气流速、烟气湿度，可手工输入以上几个参数，在SCS-900系统中，对氧含量的测量是采用内置在气体分析仪中的氧模块进行测量的，其取样方式与气态污染物一致，采用抽取式。温度及压力、流速使用的是原位式测量方式。通过以上参数的测量，可将污染物的浓度转换成标准干烟气状态和排放标准中规定的过剩空气系统下的浓度。

3.4.1 烟气氧含量

燃烧期间，由于使用了过量空气会导致燃煤锅炉和废弃物焚烧炉的烟气中出现氧。国家要求污染物的排放浓度应为折算浓度，因此必须要测量烟气中的含氧量。

日常维护主要集中在零点校准与量程校准，此外由于该模块使用的是电化学分析模块，因此在维护过程中也应检查其输出电压。

3.4.2 温度、压力、流速

SCS-900系统中将温度、压力、流速作为一体化的设计，在系统日常维护过程中，需将设备从安装点拆除下来，检查设备的状态：1）皮托管是否堵塞；2）压缩空气是否漏气；3）电磁阀机械故障；4）差压仪表调试。

仪表的调试包含：仪表的阻尼系数、量程的起点、满量程、机械位置零点调整参数、输出特性、单位选择等参数。

3.5 数据处理子系统

数据采集子系统具有以下功能：1）连续24小时自动采集保存烟气监测数据，来电自启动恢复；2）实时监控系统的工作套装，如停电记录、故障诊断和自动报警并记录存储；3）操作运行日志记录，方便维护和管理；4）可通过宽带、无线、有线的方式与环保监理部门的软件平台兼容，实现远程数据的传输和遥控监测；5）具有数据显示、处理、输出、报警等功能。

该部分硬件设备一般包含：上位机、显示器及数采仪，软件部分包含一套DAS软件。日常维护主要从硬件及软件电源着手。维护点：1）查看DAS主画面实时数据是否与正常；2）查看并分析巡检周期内的所有历史数据和曲线，记录异常情况；3）检查DAS系统的转换协议通讯状态是否良好。

3.6 其他

以上4个子系统依次巡查后，对分析小屋内的其他设备进行巡检，巡检的内容主要包括：1）标气的配置、有效日期及剩余压力；2）空调状况；3）室内温湿度。

做完巡查后，由巡检人员填写日常巡检记录表，完成设备巡检。

4 常见故障分析

4.1 气体分析仪

4.1.1 气体分析仪流量异常

正常状态下，气体分析仪流量控制在1.0～1.5L/min。流量偏低时，管线、探头堵塞，检查抽气泵是否正常工作。若气流量偏高，检查系统各个控制阀体是否正常，管路中是否有漏气现象。其检查及操作流程如日常巡检的要求。

4.1.2 显示器异常

检查显示器的右侧是否有“M”或者“F”（正常状况无显示）。

查看气体分析仪内运行故障记录，确定是何故障，针对不同故障，选用不同处理方法。常见的故障有：1）流量偏低（按照4.1.1处理方式解决）；2）仪表测量显示******（超过仪表极限值）。

解决方法：1）按手动调零键进行一次调零；2）断电重启分析仪表；3）如有进水迹象，在仪表正常工作状态下，用高纯氮气进行对空吹扫（注意吹扫压力），二氧化硫和氮氧化物的诊断值应该大于30万，氧模块的诊断值应该大于8mv；4）若二氧化硫和氮氧化物的诊断值小于30万，检查气室是否污染，具体操作为仪表进气口通N2，时长30min后，再次检查诊断值，是否大于30万，若诊断值依旧低于30万，则需更换气室。若氧模块诊断值小于8mv，要更换氧模块。

4.1.3 分析仪出现死值

观察样气流量是否正常，气路是否通畅，分析仪是否有流通的气体。检查参比光与探测光数值是否正常，若有异常，则需检查光路是否正常。

4.1.4 气体分析仪流量计进水

排除预处理进水故障，分析仪进气口接N2对气室进行吹扫，直至流量计内无液态水，对空状态下分析仪进行校零及量程标定，若标定有问题，需返厂维修。

4.2 粉尘仪

4.2.1 电源故障

粉尘仪无显示值，要按照图纸检查接线是否错误；

检查数据采集系统是否连接电源。

4.2.2 检查激光发射端是否有激光射出

检查电缆插接是否得当，检查各个插头，确保插座接触良好；激光光源若损坏，要及时更换；电源故障要及时排除。

4.2.3 测量值极其微弱

查看是否停炉；光源衰减时需使用校准模块对光源进行检查，若光源衰减存在问题，要及时更换光源。

4.2.4 测量值总是太高或满量程

1）检查防尘片是否受污染，若防尘片受污染，使用棉棒沾酒精擦拭防尘片；2）检查粉尘仪吹扫是否异常，检查仪表或吹扫风机是否正常工作；3）检查光路是否积尘，使用压缩空气清理积尘；4）检查光路是否准直，重新调整光路。

4.2.5 测量值显示异常

测点反光镜灰尘过多时，使用棉棒沾酒精擦拭烟道两侧的反光镜。

4.3 烟气参数

4.3.1 烟气流速显示异常，测量值极其微弱

1）检查是否停炉；2）检查流速测点是否堵塞，在机柜上按反吹按钮，若多次反吹后流速数值依旧显示异常，则需拆开设备，对其进行监测检查；3）检查管路是否漏气，是否需要更换气管；4）差压变送器损坏时，校准变送器，若故障依然存在，更换变送器。

4.3.2 测量值总是太高或满量程

1）差压变送器误差，对差压变送器进行校准；2）反吹系统异常，检查反吹系统是否工作正常，清理皮托管内的积尘。

4.3.3 流速仪无数值输出

1）检查电源是否发生故障，检查数据采集器电源是否故障；2）检查接线是否有误，对照接线图，检查接线是否正确；3）检查数显表是否损坏，更换数显表。

4.4 吹扫单元

反吹系统无风输出：1）检查电源、电压及空气开关是否正常工作；2）检查连接管路是否发生故障，是否脱落、堵塞；3）检查反吹电磁阀是否失效，更换反吹电磁阀。

4.5 数据处理及传输单元

4.5.1 打印报表时出现ODBC数据源错误

检查是否安装有打印机驱动程序，如安装打印机驱动还是无法进行正常打印，需配置ODBC数据源。

4.5.2 气体分析仪表面板上面有数据，但DAS主界面上面无数据

在监控系统运行状态下，查看通讯、数据采集是否正常，如通讯正常，监视设备数据表时D2单元（根据项目所用单元号监控）无数据，则应检查与PLC通讯所使用的协议是否一致。

4.5.3 屏蔽和恢复Windows桌面

通过组态启动任务可屏蔽Windows桌面（图3）。

图3 Windows桌面

恢复Windows桌面的方法有：1）退出系统，会自行恢复桌面；2）拔掉加密狗，提示演示方式时，退出而不进入系统，会自行恢复桌面；3）同时按下Ctrl+Alt+Del，出现执行新任务的界面；4）输入执行userinit.exe命令。

4.5.4 画面显示标干流量很大，与实际不符

需检查：1）参数设置中的烟道截面面积是否设置成实际值；2）检查软件里的差压量程是否与就地变送器量程对应；3）检查计算公式中的湿度，若湿度过大或为过大负值，会引起计算值的较大变化，确保湿度整成，或把公式中的湿度设置为常数；4）计算公式中的压力，需确认使用仪表为绝压还是表压或其他。若为绝压，公式中不需要再加×6（大气压）。

4.5.5 环保联网是否正常

第一种：安装在DAS软件根目录下的环保数据转发软件。环保联网一方一般只负责数据转发，通过串口、TCP、UDP三种方式（根据环保局协议选定传输方式）把数据转到DTU或直接发送到平台，以发送到DTU后由DTU发送到环保局平台居多，所以判断联网是否正常，只需将环保数据转发程序配置文件里设置“调试＝1”，然后重新运行转发程序查看是否转发数据。

第二种：直接安装的环保数据转发软件。左键单击任务栏右下角的SDL图标，选择主界面，输入密码1211，查看数据是否正常转发。

4.5.6 调入工程文件无历史数据

确认所调入的工程文件中是否有数据源，具体看：我的项目备份/myfile/目录userdatabase.mdf文件是否存在，若无，需更换具有这个文件的工程文件。同样，在备份工程文件时，需要做同样的检查，以保证历史数据同样备份。

5 建议

（1）应提升对企业环保管理特别是CEMS管理的认识，强化维护力量，每周至少进行一次巡检并根据故障问题随时检修。

（2）检查CEMS各组成部件的运行、标准物质（标气）消耗和有效期等情况，并登记《烟气自动监测设备运营维护日常巡检表》。

（3）进行零气、工作点标气校准操作，标气应与实际烟气的通过路径一致（含采样探头、伴热管、预处理装置等），不具备开展此项工作的设备应自行与设备商联系改造。如维护过程中产生异常数据（含校准过程值、设备调试过程值等）被采集上传平台，应上传《烟气自动监测设备运营维护日常巡检表》进行报备，并标识相应的数据。如发生故障，应上传故障报备《故障记录台账》，并标识相应的数据。

（4）每15天进行零点、跨度校准并记录、上传漂移台账零点、跨度漂移，应进行24小时作业首日：以零气和跨度（满量程的80%～100%）标气进行校准（含SO2、NOx、氧量），记录校准后稳定的零点和跨度值作为Z0；24小时后通入与首日相同的浓度标气，记录稳定后的零点和跨度值作为Z1漂移=（Z1-Z0）/量程考核指标：低于2.5%满量程标气应与实际烟气的通过路径一致（含采样探头、伴热管、预处理装置等）。

（5）每3个月进行全系统校准、流速零点校准、颗粒物零点和跨度校准，并记录、上传台账，包括全系统校准、零点、跨度校准并记录漂移情况（按照每15天校准的要求）、线性误差、响应时间、流速零点校准、颗粒物零点和跨度校准。