降低脱硫CEMS测量气路含水量的方法

杨尹

【摘  要】随着我国社会主义市场经济的飞速发展，我国各行各业的发展都得到了快速的提升。与此同时带来的是日益严峻的环境形势，湿法脱硫工艺被广泛应用，由于烟气经过吸收塔后湿度较高，抽取式的监测设备长期运行后，气路内含水量较大，对气路所有环节管路和设备腐蚀非常严重，缩短了使用寿命，也增高了设备故障率的发生。希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发。

【关键词】CEMS;含水量;烟气预处理

1 引言

经过多年的持续技术进步和工艺优化，目前硫磺回收装置的硫回收率已达99.9%以上，外排尾气中SO2含量已经降到500mg/m3（折合氧含量3%，干基，下同）以下，部分装置甚至达到200mg/m3以下。但仍无法满足2015年颁布的国家大气污染物排放标准（GB31570-2015），SO2质量浓度小于的100mg/m3排放限值要求，需要进行尾气脱硫改造。硫磺回收装置尾气与常规烟气不同，气量小，工况复杂。除了正常运行工况外，还存在硫磺回收装置开停车时的高硫浓度、高水含量（超过25%）的开停车工况。部分装置由于建成时间早，已接近临界年限，运行稳定性差，即使正常工况下，尾气污染物浓度及组成也会有较大波动。脱硫改造的难度大于常规烟气脱硫。某公司#5、#6机组为600MW超临界燃煤发电机组，该机组烟气脱硫系统采用高效脱除SO2的湿法石灰石———石膏工艺。吸收塔采用B&W公司提供的托盘式FGD吸收装置，烟气由侧面进入吸收塔，烟气与雾状浆液逆流接触，使得通过多层喷淋区的烟气和石灰石吸收剂有效接触，最终烟气中水蒸气的含量大大增加。

2 CEMS概况

装置CEMS可以在线维护运行，连续监测SO2、NOx、O2浓度，颗粒物浓度，烟气流速、压力、温度等相关参数并统计排放率、排放总量等，能对测量到的数据进行有效管理。整套系统能够与企业内部的DCS和环保部门的数据系统实时通信。

2.1系统设计

CEMS系统由气态污染物监测、颗粒物监测和烟气参数（流速、压力及温度等）监测3个子系统组成。气态污染物监测子系统采用OMA-3000分光光谱气体分析仪测量SO2、NOx及O2等气体，该分析仪集成安装在烟脱塔底下的分析小屋内，采用独有的热湿法技术，利用紫外差分技术测量高温烟气中的SO2、NOx，系统内置氧化锆传感器测量氧含量。烟尘监测子系统采用LDM-100激光粉尘仪，利用激光投射法测量烟气中粉尘的浓度。烟气参数监测子系统包括烟气流速和烟气湿度的测量。烟气流速采用差压变送器测量，通过测量烟气流动中的全压和静压，得到烟气的流速。中央单元接收所有设备的信号输出，通过内部的处理单元转换为工业现场经常使用的RS-485信号与仪表间机柜内的工作站通信。

2.2日常维护

该仪表在工作日每天正常巡检两次，节假日巡检一次。日常巡检内容包含伴热管外观检查、伴热温度检查，仪表外观检查日历史记录检查，每日数据检查，使用标准气（瓶）压力检查，监测站房相关附属设施（空调、排风扇、照明、报警器及灭火器等）检查。仪表每月例行两次手动校准，两次标准气校验，一次人工监测比对，至少两次粉尘仪镜面擦拭处理，一次采样探头清洁检查。每3个月进行一次全量程校验，进行一次流速校正，一次粉尘仪校正。

3 CEMS系统运行过程中存在的问题

其主要存在的问题如下：1）从加热盒中的测量池出口至散热井入口部分氣路管段暴露在空气中，无伴热保温措施，使得从加热盒出来的高温烟气暴露在环境温度中，在管中出现冷凝结晶现象，长时间运行后导致气路阻力变大，甚至堵塞管路，对CEMS系统正常测量产生影响。2）散热井出力不足，烟气降温冷凝效果不好。散热井属纯机械结构，内部为按鱼骨形密集排列焊接的金属板，背面固定高功率风扇，以加速散热，通常烟气经过散热井后温度会接近常温。但由于散热井出力不足，导致烟气降温效果不好，致使进入到第二级TEC冷凝器的烟气中含水量大且温度高，冷凝效果不好，含水的烟气进入到电化学传感器中，影响CO和O2的准确测量，同时会导致传感器使用寿命缩短。3）排空气路连接错误，未充分利用提速排空阀的调节作用，导致在用标准气进行标定时，气路憋压，而气路压力上升会直接影响到SO2的测量系数的改变，多次标定后，使得SO2系数升至11万倍，致使SO2测量数值超量程，且无法标回零点。

4 CEMS系统改进及应用

烟气预处理装置，采用的是膜渗透原理核心部件是由美国PermaPure公司研发的，20多年前美国PermaPure公司研发了第一个Nafion干燥器。现在Pure干燥器被广泛应用于全世界的气体采样预处理中。PermaPure将这些成熟的技术应用到最新的Mini-GASS气体采样预处理系统上。Nafion材料的磺酸基结构使其对水份有极强的渗透性，一个磺酸基团可以吸附13个水分子。当Nafion管内外存在水蒸汽分压梯度时，磺酸基形成一个离子通道，源源不断地将水蒸汽从内表面输送到外表面，外表面的水蒸汽通过压缩空气将其带走。Nafion具有优异的选择吸收特性，除了胺和一些极性有机物如DMSO、乙醇、有机酸和酮外，对其它气体没有任何损失，因此适合用于高精度的气体分析仪。完全满足厂内工况需要。完整的Mini-GASS系统可以完成样气过滤、干燥除水和样气降温的功能。其特点：一是抗腐蚀性强;二是选择性好———适用于除NH3外的所有常见气体;三是除水能力强、效率高;四是不产生冷凝水。

5烟气预处理效果

首先是除湿效果。原有的直接抽取式CEMS系统，在预处理装置安装前，在进冷凝器前端会有冷凝水产生，造成分析仪表排出废烟气在冬季会结冰堵塞废气管路。待CEMS预处理装置安装后，连续两天采样管凝结水明显减少，待CEMS预处理装置安装后第三天采样管处不再有凝结水滴产生，并且经过观察，该装置运行稳定时，采样管凝结水不再产生。说明CEMS预处理装置对烟气的除湿效果良好。其次是对设备腐蚀程度的影响。烟气中酸性气体溶于水使得设备容易酸性腐蚀，使采样泵、仪表气室、氧电池等腐蚀严重，每2～3年即需更换，更换频率较高;安装本装置之后，不再有酸性液体的产生，对气室和氧电池腐蚀性减小，保护了设备，减少了设备的更换频率，从而达到了节约成本的目的。

6CEMS射流泵更换

CEMS已投用连续运行两年，因催化烟气排放过程中带有少量催化剂，由于时间的积累，部分催化剂沉积在烟气采样管路中，造成采样管路的阻力增大。经过专业厂家技术人员现场分析和实验，决定尝试将原射流泵（6L/min）更换为大流量射流泵（7L/min）来解决该类数据异常问题。通过后期自动反吹数据波动情况来看，在更换大流量射流泵后，气室压力从70.0kPa增大至79.5kPa，射流泵抽取力度加强，数据异常波动情况得到明显改善。

结语

总之，在增加了烟气预处理装置后有效的降低了气路内的含水量，进而保护了后续设备更长久稳定地运行，提高了CEMS在线监测设备的正常投运率，保证了环保数据的真实有效。

参考文献：

[1]常颖，刘文敬，王振国，等.烟气在线监测系统现状及思考[J].计测技术，2016，36（3）：1～4.

[2]夏芳.CEMS在催化裂化装置烟气脱硫系统中的应用[J].石油化工自动化，2011，47（5）：74～75.

（作者单位：华能国际电力股份有限公司南通电厂）