CEMS设备日常维护问题总结

乔 栋

（山西大唐国际临汾热电有限责任公司，山西 临汾 041000）

0 引言

本厂2×300MW 机组为空冷、供热、脱硫、脱硝、小机直接排空冷岛汽轮发电机组。汽轮机为上海汽轮机厂生产的CZK300-16.7/0.4/538/538 亚临界、单轴、中间再热、双缸双排汽、空冷、抽汽凝汽式汽轮机。锅炉为哈尔滨锅炉有限责任公司制造的HG-1092/17.5-YM28，锅炉型式为亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、摆动式燃烧器、四角切圆燃烧、固态排渣、半露天布置、全钢构架悬吊结构、燃煤Ⅱ型汽包炉。本厂DCS系统采用北京日立华胜控制有限公司的HIACS-5000M 系统。1 号机组于2010 年12 月15 日投产，2 号机组于2011年01 月04 日投产，相应脱硝、脱硫设施同时投产。2015年10 月对1 号机组进行脱硝、脱硫超低排放改造，同时将CEMS 环保设备由杭州聚光科技的CEMS-2000 系统更换为北京雪迪龙SCS-900 烟气连续监测系统。2016 年对2 号机组进行脱硝、脱硫超低排放改造。

1 设备系统介绍

图1 设备气路图Fig.1 Equipment gas road map

图2 探头箱实物图Fig.2 Physical map of probe box

雪迪龙SCS-900 CEMS 系统选用的是电加热直接抽取法。系统由取样单元、预处理单元及分析单元组成。取样单元由探头箱、专用伴热管路、汇气箱组成。预处理单元由湿度仪、取样泵、制冷器、蠕动泵及相关电磁阀、截止阀及管路组成。分析单元主要由西门子Ultramat23 分析仪及二氮转换器组成。系统配置西门子SMART 系列PLC 对外围设备（如探头反吹电磁阀SV101、截止阀SV1、湿度截止阀SV2，皮托管吹扫阀SV11）进行控制，以完成相应探头吹扫、CEMS 自标定等操作。SCS-900 CEMS 系统气路图如图1 所示。

2 设备工作原理

探头箱内包括取样探头、反吹电磁阀、反吹压缩空气储气罐、温控开关、探头加热器、探头滤芯及相关管路、接头。探头加热温度一般设置在140℃～180℃[1]。反吹电磁阀在PLC 的控制下每3 个小时对探头滤芯进行反吹，防止烟气中的灰尘堵塞滤芯，造成流量下降。反吹电磁阀每次吹扫时动作3 次，每次持续5s，间隔为10s。探头箱实物图如图2 所示。

SCS-900 系统湿度仪每小时工作50min，这就导致程序设定湿度仪旁路电磁阀（SV1）每小时失电10min（SV1电磁阀为带电关闭式）。系统反吹时SV1、SV2 电磁阀同时带电关闭，隔绝取样管路。这样既可以保证探头反吹效果，也可以防止高压压缩空气进入分析仪机柜内，导致机柜内设备损害或管路接口脱开。系统取样动力来源为取样泵。取样泵运行中，取样膜片做上下往复运动，通过形成负压及逆止阀完成烟气采样。样气进入分析仪机柜后，首先经过湿度仪进行湿度测量，而后经过一级冷却、保护过滤器、二级冷却后进入分析仪进行成分分析。使用空气进行自标定时，空气经过二级冷却器去除水份。制冷器形成低温，烟气经过玻璃冷腔完成水份分离，样气中冷凝水通过蠕动泵排除至储液罐[2]。

SCS-900 CEMS 系统氧量测量采用电化学法，日常巡检中应定期查询氧分析模块电压值，电压低于6.0mV 时U23分析仪将触发维护请求，应尽快更换。氧分析模块电压低于5.0mV，分析仪将触发故障报警。

3 设备常见故障

CEMS 设备日常巡检中应检查分析仪样气流量、蠕动泵工作情况、制冷器排风扇排气温度是否高于环境温度，并定期清理制冷机散热片上积灰，防止积灰影响散热。同时双室玻璃冷腔中防冻液液位及颜色应定期检查，本厂曾出现因反吹电磁阀密封老化导致探头反吹压缩空气沿取样管路返回至分析仪机柜内，导致玻璃冷腔破裂的情况。为便于巡检，及时发现预处理制冷系统故障，对储液罐增加液位标签，每日巡检记录各机柜储液罐液位。同时，记录小间内温度、湿度[3]。室内温度应保持在15℃～30℃，相对湿度应≤60%。

SCS-900 系统运行中，常见故障有氧量偏高、NOX 测量偏低、流量偏低。

本厂CEMS 运行中出现过在自动吹扫后O2增至21.00%，NOX 降至0.0ppm 的现象。原因大致有以下几种：

◆ 因反吹时湿度仪旁路电磁阀SV1 内漏，导致探头反吹时高压压缩空气沿取样管路到达分析仪机柜内，导致蠕动泵与排水管软连接氟橡胶管崩脱。

◆ 探头反吹电磁阀SV101 因工作环境温度高，工作时通过冷压缩空气，导致电磁阀内NBR（丁腈橡胶）密封垫老化变形内漏。

◆ 蠕动泵排水管脱开。

运行中CEMS 氧量偏高，原因大致有以下几种：

◆ 探头处取样接头漏气。

◆ 分析仪机柜内湿度仪接头漏气。

◆ 分析仪机柜内蠕动泵泵管漏气。

◆ 分析仪机柜内自标定两位一通电磁阀内漏。

◆ 分析仪机柜内保护过滤器密封圈老化漏气。

◆ 氧分析模块零点漂移。对氧分析模块进行标定或对系统进行手动自标定。

取样流量过低，原因大致有以下几种：

◆ 探头滤芯堵塞。日常巡检中加强对汇气箱内汇气罐各流量计流量情况分析，定期对探头滤芯进行人工吹扫。

◆ 取样泵膜片磨损或取样泵处力不足，应定期更换取样泵膜片或取样泵。

◆ 制冷器故障、散热风扇故障停转、散热片积灰过多导致散热效果不佳；制冷器温度升高，导致制冷器温控器触发报警，联锁停运取样泵。

◆ 制冷器温控仪损坏，联锁误动作，导致取样泵停运。

◆ 湿度仪内部腐蚀，导致流量降低。

◆ 二氮转换器内部堵塞，导致流量降低。

测量值偏低，原因大致有以下几种：

◆ 分析仪发生零点漂移。

◆ 蠕动泵排水效果不佳或故障，导致分析仪内管路中积水。

◆ 伴热管线伴热温度不佳，导致取样管路内形成冷凝式，样气中NOX溶于冷凝水，使测量值偏低。

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原设计中探头取样管到达汇气箱内经两个PTFE 三通接头汇集为一路，经主取样管路送至分析仪机柜。此种设计无法监测各个探头的工作情况，导致对探头进行定期人工吹扫时多次发现部分探头堵塞严重。为此将汇气箱内样气汇集装置设计为带流量计的汇气罐，可以通过流量计监测各个探头的堵塞情况，便于CEMS 系统的维护。同时，可以使用流量计进行隔离操作，在检查氧量偏高问题时，可以迅速排查各个探头的密封情况，在降低排查困难度的同时，大大缩短故障排查时间。汇气罐设计有串联式双排污阀，定期对汇气罐进行排污。

蠕动泵的作用是将烟气通过制冷器而冷凝析出的水份排出至储液罐。蠕动泵停止工作将使双室冷腔中的积水无法排出，使烟气含水量增加。西门子ULTRAMAT 23 分析仪采用非分光红外法（NDIR），分析腔内水分过高，将直接影响测量的准确性，导致测量值偏低且波动较大。

4 系统改进

随着环保压力的不断增加，CEMS 设备的定期维护及运行人员对运行参数的及时调节，对于保证环保数据正常及设备温度可靠运行至关重要。为及时提醒运行人员CEMS 设备反吹时间，防止反吹时瞬时超标数值被长期保持引发环保事故。在DCS 画面中增加了CEMS 设备反吹倒计时。本厂CEMS 设备采用雪迪龙SCS-900 烟气连续监测系统，分析仪为西门子产ULTRAMAT 23 分析仪，设置反吹间隔为180min，反吹时间为10min（反吹包括探头反吹、系统标定、样气置换3 个过程）。因反吹时间复位信号采用CEMS 系统标定信号，但是系统自动标定和维护人员对设备进行量程标定都会使该信号置位。若在一台CESM 设备进行量程标定过程中恰逢另一台CEMS 设备自动标定，就会导致DCS 画面上两台CEMS 设备的反吹时间出现重叠（CEMS 设备的反吹时间为10min），实际时间由U23 分析仪设置。将反吹时间复位信号更换为反吹电磁阀动作信号，可以解决这一问题。反吹电磁阀动作信号只有在CEMS 设备自标定，开始进行探头反吹时才会触发。反吹倒计时逻辑如图3 所示。

图3 反吹倒计时逻辑Fig.3 Backblow countdown logic

针对皮托管流量计安装法兰处易因冷热冲击产生冷凝水，同时烟气中NOX、SO2溶于冷凝水形成酸性溶液，导致连接法兰产生腐蚀的情况。相应的对皮托管连接法兰敷设电伴热并相应增加保温，以减少因冷热冲击带来的烟气中湿气冷凝腐蚀，延迟皮托管寿命。

针对脱硫CEMS 设备因小间靠近烟道冷凝水排水地坑，环境空气中SO2、NOX含量较高，CEMS 设备自动标定时多次发生自标定偏移超出设定值而触发“M”维护请求的情况。使用压缩空气作为CEMS 设备自动标定的样气，相应增加压缩空气净化、除油、过滤装置，保证样气质量。因压缩空气压力较高发生过一次蠕动泵排水管路连接软管脱开事故，导致环保数据异常。研究决定使用万能胶对蠕动泵、排水管路进行胶接，同时增加减压组件，经胶接后未发生蠕动泵排水管路连接软管脱开事故。

检修中发现雪迪龙原装采样探杆为组合式，探杆与法兰使用螺纹连接，有运行中存在因振动掉落风险，故使用一体化采样探杆进行更换，以防止因采样探杆掉落影响下游设备运行安全。同时，原装采样探杆材质耐磨性较差，出现不同程度磨损，磨损较严重者探杆头部迎烟面已因磨损形成，同时因探杆磨损变短，导致采样代表性下降，采用耐磨材质不锈钢探杆取代原装探杆。

雪迪龙原装汇气箱内无伴热，使样气在取样管路中水汽冷凝形成冷凝水，存在因样气成分溶解于水，导致测量偏低或测量波动情况；同时也存在冬季因取样管路中冷凝水冻结，导致取样中断情况。探头反吹时取样管路内积水聚集于湿度截止阀SV2 入口，系统完成自动标定后湿度截止阀SV2 失电打开，湿度测量值存在阶跃式波动。

在湿度仪至一级冷腔管路中增加定制低压安全阀，并增加泄放口封堵，保证在湿度仪旁路电磁阀SV1 或截止电磁阀SV2 严密性下降时，能将反吹压缩空气及时泄压，保证下游设备安全。同时，日常巡检发现泄放口封堵丢失后，立刻组织对SV1、SV2 电磁阀进行严密性排查，有效降低设备故障率。

5 总结

比较而言，CEMS 系统是一个维护量较高的设备。因设备接头较多、相关设备众多，加强日常巡检，做好设备劣化分析及维护保养可有效降低CEMS 设备故障率，确保设备的安全运行，从而使CEMS 真实、可靠、准确地反映企业的烟气排放情况。