白江文 ，魏 威 ，周 強(qiáng) ，張友衛(wèi)

（1.安徽省電力建設(shè)第二工程公司通用設(shè)備安裝公司，安徽合肥230088；2.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102）

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）是對(duì)火力發(fā)電后產(chǎn)生的污染物排放實(shí)行連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的在線系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)量煙氣中的顆粒物（煙塵）濃度、氣態(tài)污染物（含SO2、NOx等）濃度等主要參數(shù)以及煙氣溫度、煙氣速度等輔助參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了脫硫效率、污染物排放總量等指標(biāo)的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，是發(fā)電企業(yè)評(píng)測(cè)脫硫設(shè)施等環(huán)保設(shè)備工作效率的重要裝置。同時(shí)將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳至國(guó)家環(huán)保部門集中在線監(jiān)測(cè)，也是國(guó)家環(huán)保部門監(jiān)管火力發(fā)電企業(yè)污染物排放是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備。國(guó)家環(huán)保部門已于2007年出臺(tái)了CEMS的技術(shù)規(guī)范[1]和檢測(cè)方法[2]，為CEMS選型、系統(tǒng)建設(shè)和儀器檢測(cè)提供了參照規(guī)范，但系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)常見故障的分析處理則很少見諸文獻(xiàn)報(bào)道，導(dǎo)致一些簡(jiǎn)單的故障也必須聯(lián)系設(shè)備供貨廠家維護(hù)處理，延誤了故障處理時(shí)間，影響了脫硫脫硝系統(tǒng)的正常投運(yùn)。因此有必要針對(duì)其常見故障產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并提出處理辦法，為相關(guān)運(yùn)行檢修人員提供參考。

1 系統(tǒng)概述

CEMS系統(tǒng)根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求，主要由煙塵監(jiān)測(cè)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)、煙氣排放參數(shù)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集處理等4個(gè)子系統(tǒng)組成。由于主要設(shè)備及測(cè)量原理差別很大，文章只針對(duì)目前在江蘇省內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的FT91型CEMS進(jìn)行測(cè)量原理和常見故障的分析。

1.1 煙塵監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

主要對(duì)煙氣排放中的煙塵濃度（顆粒物）進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

1.2 氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

主要從煙道內(nèi)抽取煙氣傳送到氣體預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行除塵、除水后對(duì)煙氣中的SO2、NOx等氣態(tài)污染物進(jìn)行連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)參數(shù)值以模擬量的形式發(fā)送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1.3 煙氣排放參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

主要對(duì)排放煙氣的溫度、流速或流量、濕度（煙氣含水量）、壓力及O2含量等輔助參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用以將污染物的濃度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和規(guī)定過(guò)剩空氣系數(shù)下的濃度值，以便污染物排放水平比較在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行。

1.4 系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)（DAS系統(tǒng)）

主要完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、保存、打印等功能，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)信息傳送到上級(jí)主管部門。

2 測(cè)量原理

2.1 煙塵監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)工作原理

煙塵監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)采用濁度法，其原理是當(dāng)光通過(guò)含有煙塵的煙氣時(shí)，光強(qiáng)因煙塵的吸收和散射作用而減弱，通過(guò)測(cè)定入射光束通過(guò)煙氣后的光強(qiáng)與原來(lái)光強(qiáng)的比值可以定量測(cè)量煙氣濁度或煙塵濃度。煙塵監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 煙塵監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)示意圖

2.2 氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)工作原理

氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)選用直接抽取釆樣法，系統(tǒng)由煙氣采樣單元、預(yù)處理單元和分析單元組成，用于完成樣氣的抽取、輸送、調(diào)節(jié)、處理和分析。系統(tǒng)采用加熱抽取原理，用FR-ESP100型電加熱采樣探頭抽取煙氣（采樣流速≥2 L/min），煙氣在進(jìn)入采樣探頭前經(jīng)過(guò)濾器去除顆粒物，經(jīng)過(guò)加熱 （140～160℃）、保溫（120～130℃）等環(huán)節(jié)，樣氣被導(dǎo)入到預(yù)處理單元除濕，然后送入氣體分析儀中進(jìn)行分析,連續(xù)檢測(cè)出煙氣中的SO2和NOx濃度。因?yàn)闊煔庵械乃忠驯怀ィ韵到y(tǒng)提供的是干煙氣的SO2和NOx排放濃度。

分析儀SO2/NOx分別采用紫外法和紅外法進(jìn)行測(cè)量。紅外、紫外氣體分析傳感器原理如圖2所示。左邊為紅外測(cè)量原理圖，右邊為紫外和可見光測(cè)量原理圖。

圖2 紅外、紫外氣體分析傳感器原理

以NOx測(cè)量為例介紹紅外測(cè)量原理 （測(cè)量SO2的紫外原理除光源、濾光室和檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)原理外，其他與紅外基本相同）。NOx的特征光譜在紅外區(qū)，紅外光源產(chǎn)生的紅外光通過(guò)濾光室5后就剩下NOx的特征光譜能通過(guò)，這樣，紅外光是否衰減可以確定樣氣中NOx是否存在，而衰減的強(qiáng)度可知NOx的濃度，衰減強(qiáng)度是通過(guò)與參比氣的比對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其工作時(shí)紅外光的流程為：由紅外光源產(chǎn)生恒定強(qiáng)度的紅外光，通過(guò)特殊形狀的調(diào)制盤后交替進(jìn)入分析室的測(cè)量側(cè)和參比側(cè)前的濾光室以排除其他光譜的干擾，然后由分析室經(jīng)無(wú)分割墻濾光室，從出口光窗進(jìn)入檢測(cè)器，檢測(cè)器將感受到的紅外光強(qiáng)度 （與NOx濃度有關(guān)）轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)經(jīng)前置放大后送至顯示回路。檢測(cè)器是通過(guò)紅外光的熱效應(yīng)來(lái)工作的，它由吸收室和補(bǔ)償室組成，里面充有氣體，當(dāng)光從測(cè)量側(cè)通過(guò)，由于部分紅外光被吸收，吸收室里煙氣被冷卻，氣體從補(bǔ)償室流入吸收室；當(dāng)光從參比側(cè)通過(guò)，紅外光不被吸收，吸收室被加熱，氣體由吸收室流入補(bǔ)償室。這樣，在吸收室和補(bǔ)償室之間的流量傳感器就因紅外光交替通過(guò)測(cè)量側(cè)和參比側(cè)而產(chǎn)生周期流量脈沖，通過(guò)分析流量脈沖可知樣氣中NOx濃度。

2.3 煙氣排放參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)工作原理

煙氣排放參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括煙氣流速、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣濕度和煙氣氧含量等輔助參數(shù)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)。

2.3.1 煙氣壓力和流速連續(xù)監(jiān)測(cè)原理

煙氣壓力連續(xù)監(jiān)測(cè)工作原理：前端使用遮板式防堵皮托管，測(cè)量部分采用西特C268型壓力變送器連續(xù)監(jiān)測(cè)壓力，將流程壓力通過(guò)隔離膜片和灌充液傳遞到δ室中心的傳感膜片上，基準(zhǔn)壓力以同樣的方式傳遞到傳感膜片的另一測(cè)，通過(guò)傳感膜片的位移與兩者壓力之差成正比的關(guān)系計(jì)算出壓力值。傳感元件中的傳感膜片和兩電容極板間的電容差被電子部件轉(zhuǎn)換成4～20 mA DC的二線制輸出的電信號(hào)。由于氣體流速與氣體動(dòng)壓的平方根成正比，根據(jù)測(cè)得的動(dòng)壓計(jì)算出氣體的流速。

2.3.2 煙氣溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)原理

煙氣溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)采用一體化的溫度變送器，直接安裝在煙道上，實(shí)現(xiàn)煙氣溫度連續(xù)監(jiān)測(cè)。溫度變送器包括變送器、傳感器、加長(zhǎng)件、熱套管。測(cè)量原理為熱電偶工作原理：將2根不同的金屬導(dǎo)線連成一閉路，當(dāng)兩接點(diǎn)處于不同溫度環(huán)境時(shí)，便產(chǎn)生熱電勢(shì)，兩接點(diǎn)的溫差越大，熱電勢(shì)越大。

當(dāng)熱電偶1個(gè)接點(diǎn)的溫度保持恒定 （稱為自由端），則熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)大小便完全取決于1個(gè)接點(diǎn)的溫度（稱為工作端），用毫伏計(jì)或數(shù)字式溫度計(jì)測(cè)出熱電偶的熱電勢(shì)就可以得到工作端處的煙氣溫度。

2.3.3 煙氣氧含量連續(xù)監(jiān)測(cè)原理

采用電化學(xué)法直接測(cè)量。

2.3.4 煙氣濕度連續(xù)監(jiān)測(cè)

薄膜電容濕度儀利用薄膜電容對(duì)水分的透過(guò)性進(jìn)行測(cè)量。

3 常見故障分析處理

3.1 煙塵監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)超高報(bào)警

根據(jù)煙塵監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)測(cè)量原理分析，導(dǎo)致數(shù)據(jù)超高報(bào)警的原因有如下幾點(diǎn)：（1）煙塵儀鏡面存在積灰及水汽；（2） 光路偏移；（3） 設(shè)定參數(shù)錯(cuò)誤；（4）信號(hào)傳輸系統(tǒng)等其他故障。

煙塵監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)超高報(bào)警時(shí)，根據(jù)以下步驟排查，并采取相應(yīng)處理措施。

（1）通過(guò)DAS系統(tǒng)或者設(shè)備顯示單元故障指示燈檢查設(shè)備是否出現(xiàn)報(bào)警。

（2）模擬量信號(hào)輸出是否與面板顯示的數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，必要時(shí)按照以下程序進(jìn)行詳細(xì)檢查：① 煙塵儀鏡面是否積灰。如果存在積灰可用柔軟的紙巾或?qū)Ｓ霉ぞ邔?duì)其進(jìn)行清理；② 煙塵儀的光線是否偏移。如果光線偏移可以調(diào)節(jié)固定煙塵儀安裝法蘭螺栓來(lái)重新對(duì)光；③ 檢查數(shù)據(jù)采集模塊、采集系統(tǒng)連接線和系統(tǒng)設(shè)定等其他因素。

3.2 氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)流量低報(bào)警

氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)常見故障為流量低報(bào)警，其原因有如下幾點(diǎn)：（1）采樣泵故障；（2）系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞、漏氣現(xiàn)象；（3）流量測(cè)量裝置故障；（4）設(shè)定錯(cuò)誤；（5）控制單元及傳輸線路等其他故障。

當(dāng)出現(xiàn)流量低報(bào)警時(shí)可以按照以下步驟逐步進(jìn)行排查，并采取相應(yīng)處理措施。

（1）通過(guò)DAS系統(tǒng)或者系統(tǒng)狀態(tài)指示燈檢查系統(tǒng)目前所處的工作狀態(tài)，如果系統(tǒng)處在標(biāo)定/反吹狀態(tài)，則等到系統(tǒng)恢復(fù)到正常測(cè)量狀態(tài)時(shí)還是出現(xiàn)流量低報(bào)警繼續(xù)如下排查；

（2）查看系統(tǒng)是否出現(xiàn)其他故障報(bào)警 （如采樣器、伴熱線、冷凝器、濕度等報(bào)警）；

（3）檢查采樣泵工作狀態(tài) （可以直接給采樣泵供電觀察其工作情況）；

（4）檢查系統(tǒng)是否出現(xiàn)堵塞、漏氣現(xiàn)象；

（5）檢查流量測(cè)量裝置工作狀態(tài)；

（6）檢查數(shù)據(jù)采集模塊、采集系統(tǒng)連接線和系統(tǒng)設(shè)定等其他因素。

3.3 煙氣排放參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)流速數(shù)據(jù)異常

煙氣排放參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)常見故障為流速數(shù)據(jù)異常，根據(jù)流速測(cè)量原理分析，其原因有以下幾點(diǎn)：（1） 電源故障；（2） 信號(hào)輸出故障；（3） 采樣單元堵塞；（4）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)故障；（5）測(cè)點(diǎn)位置不合理；（6）設(shè)備安裝方式；（7）設(shè)備本身故障。

當(dāng)煙氣排放參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)出現(xiàn)流速數(shù)據(jù)異常時(shí)，可以按照以下步驟逐步進(jìn)行排查，并采取相應(yīng)處理措施。

（1）檢查設(shè)備供電電源；

（2）檢查設(shè)備信號(hào)輸出；

（3）檢查數(shù)據(jù)采集單元工作狀態(tài)；

（4）檢查線路連接；

（5）檢查設(shè)備安裝位置代表性 （如安裝在渦流區(qū)安裝點(diǎn)具有強(qiáng)烈震動(dòng)等）；

（6）檢查設(shè)備的安裝方向 （流速監(jiān)測(cè)設(shè)備有方向性）；

（7）檢查設(shè)備探頭 （是否存在堵塞、腐蝕等情況）；

（8）測(cè)試設(shè)備是否存在漂移；

（9）測(cè)試設(shè)備在不同工況是否存在變化 （例如將設(shè)備拆出煙道放在室內(nèi)，觀察設(shè)備測(cè)量數(shù)據(jù)的變化情況）。

4 結(jié)束語(yǔ)

CEMS系統(tǒng)作為火力發(fā)電企業(yè)污染物排放主要測(cè)量設(shè)備，其重要性已越來(lái)越顯著。本文通過(guò)簡(jiǎn)述其測(cè)量原理，分析了系統(tǒng)常見故障并提出處理方法，為提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，降低維護(hù)成本，準(zhǔn)確反映污染物排放水平提供了一定的參考。

[1]HJ/T75—2007，固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

[2]HJ/T76—2007，固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法[S].