侯杰

（寶鋼集團(tuán)八鋼公司煉鐵分公司）

1 前言

CEMS（Continuous Emission Monitoring System）即“煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)”。其主要作用是對(duì)煙氣排放的污染物進(jìn)行濃度和排放總量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)上傳環(huán)保部門。CEMS對(duì)整個(gè)脫硫生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)也是檢驗(yàn)和控制煙氣污染源排放能否滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的有效裝置。

目前八鋼公司燒結(jié)系統(tǒng)有兩臺(tái)265m2燒結(jié)機(jī)組（A、B）和一臺(tái)430m2（C）燒結(jié)機(jī)組，對(duì)應(yīng)的脫硫生產(chǎn)系統(tǒng)于2012年底正式投用。脫硫系統(tǒng)采用半干法脫硫工藝，脫硫裝置為一機(jī)一塔，設(shè)計(jì)脫硫效率不小于95%，CEMS均采用北京雪迪龍科技股份有限公司成套設(shè)備。

在脫硫的生產(chǎn)過程中，CEMS故障嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成燒結(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)停機(jī)，影響生產(chǎn)運(yùn)行。筆者對(duì)出現(xiàn)的CEMS故障現(xiàn)象及設(shè)備隱患定位與處理進(jìn)行分析，通過對(duì)故障案例的梳理，提高脫硫CEMS的維護(hù)水平，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 八鋼燒結(jié)廠脫硫CEMS介紹

八鋼燒結(jié)廠現(xiàn)有6套脫硫CEMS設(shè)備，分別針對(duì)A、B、C三臺(tái)燒結(jié)機(jī)組原煙、凈煙進(jìn)行煙氣質(zhì)量監(jiān)測，每套設(shè)備監(jiān)測參數(shù)包括：粉塵濃度、煙氣流量、煙氣壓力、煙氣溫度、SO2濃度、Nox濃度、O2濃度、煙氣濕度等。

2.1 CEMS工作流程

CEMS系統(tǒng)流程如圖1所示，其中煙氣流量、溫度、壓力、粉塵等參數(shù)通過現(xiàn)場儀表，直接將信號(hào)傳輸至儀表柜內(nèi)PLC，而氣體監(jiān)測裝置通過現(xiàn)場采樣探頭、管線進(jìn)入儀表柜，經(jīng)過水氣分離、冷凝除水、精密過濾后進(jìn)入紅外氣體分析儀，將信號(hào)傳輸給儀表柜內(nèi)PLC，CEMS監(jiān)測數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號(hào)分別傳輸給脫硫生產(chǎn)的DCS后臺(tái)和分析室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最終通過無線傳輸設(shè)備傳遞給環(huán)保部門。

圖1 CEMS系統(tǒng)流程圖

2.2 CEMS工作原理

圖2 煙氣預(yù)處理示意圖

2.2.1 粉塵監(jiān)測裝置

粉塵濃度監(jiān)測儀使用MODEL2030在線粉塵煙度計(jì)，主要由激光發(fā)射電路板、激光接收電路板、信號(hào)輸出板、主處理器板組成，采用激光后向散射測試原理由激光射入煙道，照射煙塵粒子，被照射的煙塵粒子對(duì)激光產(chǎn)生后散射光。粉塵濃度儀通過檢測反射激光信號(hào)的強(qiáng)弱來計(jì)算煙道內(nèi)粉塵濃度的大小。

2.2.2 流量監(jiān)測裝置

采用皮托管差壓法進(jìn)行測量，差壓變送器采用SIEMENS公司生產(chǎn)的SITRANSP進(jìn)行測量。

皮托管流速計(jì)主要由“S”型皮托管檢測頭、差壓變送器構(gòu)成。測量時(shí)將皮托管流速計(jì)探頭插入管路中，并使全壓和背壓探頭中心軸線處于過流斷面中心且與流線方向一致，全壓探頭測孔正面應(yīng)對(duì)來流，檢測流體總壓，并將其傳遞給差壓變送器；同時(shí)背壓探頭測孔拾取節(jié)流靜壓也將其傳遞給變送器，變送器讀取動(dòng)、靜壓差值，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的流速比例電流（4～20）mA傳送給顯示儀表或計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2.2.3 氣體監(jiān)測裝置

氣體監(jiān)測分析（SO2、Nox、O2濃度）采用直接抽取加熱法，如圖2所示。煙氣預(yù)處理過程為煙道中的煙氣首先通過采樣泵被吸入采樣探頭中，采樣探頭對(duì)煙氣進(jìn)行第一級(jí)過濾和加熱，然后通過帶有伴熱的采樣管線進(jìn)入到分析儀表柜內(nèi)，壓縮機(jī)冷凝器會(huì)對(duì)樣氣進(jìn)行1級(jí)快速冷凝和2級(jí)快速冷凝，冷凝后1#蠕動(dòng)泵和2#蠕動(dòng)泵負(fù)責(zé)排出樣氣中的水，此時(shí)樣氣通過碟形濾芯進(jìn)行精細(xì)過濾，過濾后的樣氣再通過流量調(diào)節(jié)閥最終進(jìn)入分析儀進(jìn)行檢測。

氣體分析儀采用SIEMENS生產(chǎn)的ULTRAMAT23多組紅外氣體分析儀。其中SO2濃度、NOx濃度監(jiān)測采用NRIR不分光紅外法，O2濃度監(jiān)測采用電化學(xué)法進(jìn)行測量。

2.2.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用雪迪龍公司開發(fā)的PA-DAS軟件，基于SIEMENS公司S7-200系列PLC，通過模擬量、開關(guān)量數(shù)據(jù)輸入進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采樣周期為1s，完成對(duì)現(xiàn)場設(shè)備控制、報(bào)警輸出等，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)對(duì)歷史數(shù)據(jù)、分鐘報(bào)表、日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表進(jìn)行編輯保存，儲(chǔ)存量可達(dá)到1年以上。

3 脫硫CEMS故障分析及處理

對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行過程中CEMS常見故障現(xiàn)象進(jìn)行歸類，通過分析查找故障原因并處理。

3.1 SO2濃度和NOx濃度偏低，O2濃度偏高

原因分析：此現(xiàn)象一般為漏氣所致，漏氣后，空氣進(jìn)入分析儀導(dǎo)致SO2和NOx濃度被稀釋，而O2濃度上升。

故障處理：（1）首先需確定漏氣點(diǎn)，漏氣點(diǎn)可通過斷開各級(jí)進(jìn)氣口，堵塞進(jìn)氣口，觀察分析儀浮子流量計(jì)是否歸零的方法來判斷漏氣部位。如浮子流量計(jì)歸零，則表明堵塞的進(jìn)氣口至分析儀表部分氣密性良好，然后檢查后面的管路，同樣的方法進(jìn)行檢查，直至找到漏氣具體部位。

（2）常見漏氣點(diǎn)檢查：流量調(diào)節(jié)閥、蠕動(dòng)泵、濾芯以及浮子流量計(jì)均可能存在漏氣現(xiàn)象，做好日常的檢查，對(duì)接口擰緊后用密封膠帶進(jìn)行密封，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 SO2、NOx、O2濃度偏低，流量顯示偏低

原因分析：此現(xiàn)象通常為采樣通道堵塞，樣氣采集不暢通所致，與日常維護(hù)不到位有關(guān)，造成濾芯和反吹等出現(xiàn)異常。

故障處理：（1）檢查濾芯前后通氣是否暢通。對(duì)濾芯進(jìn)行檢查，做到定周期更換。

（2）檢查反吹是否正常。在反吹過程中使用的壓縮空氣壓力是否正常，氣源是否潔凈，反吹間隔和反吹時(shí)間是否正常。

（3）檢查采樣管線是否正常。檢查采樣管線氣密性是否良好，采樣管線的加熱是否正常，升高管線加熱溫度和探頭加熱溫度，看數(shù)據(jù)是否變化。

3.3 SO2偏低，NOx、O2濃度正常

原因分析：當(dāng)煙氣中含水分較高，而此時(shí)探頭加熱狀態(tài)不理想，由于SO2易溶于水，生成亞硫酸，導(dǎo)致故障發(fā)生。其化學(xué)反應(yīng)方程式：SO2+H2O=H2SO3

故障處理：（1）對(duì)所處環(huán)境氣溫變化進(jìn)行確認(rèn)和觀察，氣溫降低或存在漏氣等現(xiàn)象均會(huì)出現(xiàn)冷凝水，導(dǎo)致水分增大。

（2）對(duì)采樣探頭加熱器進(jìn)行檢查，提高加熱器的溫度。

（3）對(duì)采樣管線進(jìn)行疏通，檢查采樣管線是否存在上翹或拐彎等現(xiàn)象，導(dǎo)致積水無法流出。

3.4 流量變化較大，原煙氣和凈煙氣流量相差較大

原因分析：當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備發(fā)生故障，如皮托管流量計(jì)堵塞或差壓變送器損壞，現(xiàn)場出現(xiàn)煙氣流量變化大的現(xiàn)象，如圖3所示。打開流量計(jì)發(fā)現(xiàn)皮托管外部保護(hù)套管破損，是內(nèi)部正壓室管路磨損漏氣所致。

故障處理：（1）檢查皮托管流量計(jì)是否完好，管路是否堵塞。

（2）堵住皮托管流量計(jì)的背壓和正壓管，檢查儀表顯示是否為零點(diǎn)和最大值。

（3）檢查差壓變送器，差壓變送器信號(hào)是否正常。

（4）利用便攜式儀器進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)儀表進(jìn)行校正。

3.5 粉塵監(jiān)測儀顯示異常

原因分析：當(dāng)現(xiàn)場鏡頭臟，光未反射到鏡片，導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏低，清灰、檢查等不及時(shí)或鏡頭吹掃氣源壓力過小，光程調(diào)節(jié)不合適等也會(huì)造成數(shù)據(jù)異常，如圖4所示。

圖4 粉塵監(jiān)測儀光路示意圖

故障處理：（1）對(duì)鏡頭進(jìn)行清理，檢查鏡頭的吹掃氣源是否正常，一般壓力要求大于200Pa。

（2）檢查粉塵儀的光斑，觀察光斑的形狀和亮度是否正常。

（3）檢查光程是否合適，根據(jù)測量煙道的直徑來計(jì)算光程，調(diào)整合適的光程，當(dāng)光程過小會(huì)導(dǎo)致測量區(qū)域的減少，而光程過大可能會(huì)造成煙道壁的反射，都會(huì)造成數(shù)據(jù)異常，應(yīng)根據(jù)工況和煙道內(nèi)徑來調(diào)整光程，達(dá)到最佳的測量范圍。

（4）對(duì)粉塵儀的零點(diǎn)和滿度進(jìn)行效驗(yàn)，將粉塵儀取下，用手捂住光斑發(fā)射的小孔，堵住光源，儀表顯示為零，同時(shí)檢查此時(shí)輸出為4mA，然后將粉塵儀的探測點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)天空等空曠區(qū)域，此時(shí)儀表顯示為滿值，同時(shí)檢查此時(shí)輸出為20mA。

（5）對(duì)不滿足輸出值時(shí)需要對(duì)粉塵儀進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整方法有兩種，一種為在電路板中利用電位器調(diào)節(jié)零點(diǎn)和增益，第二種為利用軟件UserMonitor在后臺(tái)對(duì)粉塵儀進(jìn)行調(diào)試。由于電位器故障率較高，建議使用第二種方法進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)束語

CEMS作為脫硫生產(chǎn)重要設(shè)備，日常維護(hù)管理是關(guān)鍵。脫硫投產(chǎn)運(yùn)行兩年來，燒結(jié)廠設(shè)備一直由現(xiàn)場工人進(jìn)行維護(hù)，從現(xiàn)場設(shè)備的基礎(chǔ)管理到標(biāo)準(zhǔn)的制定一步步趨于完善，建立了日巡檢、周標(biāo)定、月比對(duì)的良好管理模式。通過對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)變化、歷史趨勢(shì)的分析，指導(dǎo)現(xiàn)場故障的處理，提高了CEMS的穩(wěn)定性，為整個(gè)燒結(jié)生產(chǎn)的順行提供了保障。

[1]HJT 75-2007.固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范.

[2]HJT 76-2007.固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法(試行).

[3]GB/T 16157.固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法.