【技术汇】超低排放CEMS反吹后SO2跳变分析解决

摘要：近年来，火电机组在《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)的基础上，实行“超低排放”，出口SO2浓度控制≤35mg•m-3。因湿法脱硫CEMS取样气中的SO2易溶于取样管内的冷凝水，生成不稳定的亚硫酸盐，再次分解成SO2和水这一互逆反应，在超低排放工况下，脱硫出口SO2浓度低，CEMS反吹后SO2测量数据跳变，甚至超标的问题更加明显和多发。本文以华北某火电厂为例，根据数据跳变不受运行控制这一特性，从仪表测量、样气预处理、现场安装，运行调整等方面全面排查、详细分析，准确找到导致数据跳变的冷凝水点。采取规范取样管敷设，减少冷凝水积存和优化反吹程序，保证滤芯吹扫效果等有效措施，最终解决反吹后数据跳变的问题，保证测量准确，提升脱硫装置可靠运行度，让企业顺利拿到超低排放电价，提高企业的经济效益和社会效益。

关键词:超低排放；脱硫；CEMS；反吹；SO2；数据跳变；超标

0引言

2011年7月国家发布了火电大气污染物超低排放国家标准，要求燃煤机组的大气主要污染物排放标准达到天然气燃气机组的排放标准。华北某电厂于2016年新建投产，处于京津冀环保重地，在满足现行国家排放标准的基础上，进一步自我加压，实施更为严格的排放标准，见表1：

表1：污染物排放标准数值

烟气排放连续监测系统（CEMS），是指对大气污染源排放的气态污染物（SO2、NOx等）和颗粒物（烟尘）进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置。正常运行的CEMS数据是环保部门进行超低排放是否达标、排污申报核定、总量控制、排污费征收等环境管理的依据。在脱硫装置运行可靠的情况下，SO2浓度能否准确测量，CEMS系统监测数据是否稳定，直接关系到企业能否拿到超低排放电价，与企业的经济效益和企业的形象直接相关。

1FGD装置出口CEMS系统介绍

华北某电厂采用湿法脱硫技术，FGD出口CEMS安装在湿式电除尘后。烟气SO2采用抽取式红外气体光谱法测量。分析仪为SIEMENS公司ULTRAMAT23。系统结构见图1：

图1-出口CEMS系统取样结构

图2-取样探头由过滤器

烟气经过取样探头、电加热采样管线和冷凝器由取样泵抽取至分析仪。取样探头由过滤器（碳化硅陶瓷2um孔隙，见图2）、加热装置组成。取样探头还设计有一个可复用的反吹清扫口（用清洁的压缩空气吹扫附在管筒过滤器外表面的浮尘，将其吹扫回烟道）。为保证从取样点到分析柜传输中样气不冷凝，避免SO2损失，保证样气管通畅，取样探头及取样管线均采用加热方式（温度：120～140℃），样气进入分析柜后，通过两级压缩冷凝器对样气快速冷凝（温度+5℃）以满足分析仪要求。当零点校准时，系统停止取样，样气通路关闭，标零空气接通，进行零点校准。 

2脱硫出口CEMS反吹后SO2数据跳变问题描述

01机组脱硫运行一段时间后，出口CEMS吹扫结束，数据释放后（吹扫时，CEMS数据自保持）SO2浓度会跳变，甚至超标（大于35mg/Nm3）的问题。但NO、O2浓度数据释放后，无跳变。期间通过提高供浆量和增加浆液循环泵的运行调整，均不能降低出口SO2浓度。持续10～20分钟后，出口SO2数值会慢慢变为0mg/Nm3，然后调整供浆量和浆液循环泵运行数量至吹扫前工况，出口SO2数值会维持在5～10 mg/Nm3之间。问题实例：11月15日17时33分，01机组脱硫出口CEMS自动反吹后，出口SO2浓度由2 mg/Nm3突变至20 mg/Nm3，然后慢慢升高至35mg/Nm3以上。调整及数值跳变曲线见图3：(蓝色：SO2浓度；粉红：吹扫信号；绿色：标定信号)

图3-出口CEMS吹扫后SO2数值跳变曲线

表2：出口CEMS吹扫后SO2数值跳变曲线说明

◆期间机组负荷稳定在315MW，入口SO2浓度维持在2720±30 mg/Nm3。

3SO2数据跳变分析

3.1取样管线、伴热系统异常因素影响分析

现场检查伴热系统运行正常，伴热温度维持130℃；对所有接头检查后无脱落、破损情况；取样系统气密试验无泄漏；SO2数据跳变发生在CEMS反吹后，且NO、O2浓度值在反吹数据释放后无跳变；

因此，可排除系统取样管线漏气和伴热系统异常的影响。

3.2分析仪测量准确性影响分析

3.2.1 分析仪通标气

出口SO2量程为0～200 mg/Nm3。通入89 mg/Nm3的标气，测量数值为88 mg/Nm3，测量误差<5%。

3.2.2 第三方环保数据比对

2016年12月03日，对FGD出口CEMS进行第三方环保比对试验，数据见表3:

表3：CEMS环保比对数据

通过标气测量和第三方环保比对数据，可排除分析仪测量不准确因素。

3.3冷凝器出力效果影响因素分析

现场拔掉1级冷凝器前管线，分析仪表的SO2测量值降低不到0；拔掉2级冷凝器后管线,分析仪表的SO2测量值可降低至0；用水冲洗1级、2级冷凝器，恢复取样烟气测量。2小时之后重复拔掉1级冷凝器前管线与拔掉2级冷凝器后管线，分析仪表的SO2测量值基本均可降低至0。

分析：因冷凝器出力不好，样气中的水汽凝结后不能通过蠕动泵排走，水汽就会凝结在冷凝器中。随着样气的持续通入，SO2逐渐溶于水，形成亚硫酸。由于亚硫酸不稳定，当取样气中的SO2含量较低时，亚硫酸分解出的SO2就会使分析仪测量值明显高于样气中的SO2含量。

冷凝器是样气进入分析仪前的必经环节，长期运行，冷凝器污染物结晶和残留含高浓度SO2的水份是不可避免的正常现象。并且该部位对测量的影响效果应是持续叠加的。向冷凝器通入洁净空气的零点校准和人工清理冷凝器，都使进入分析仪的管路更加干净。CEMS零点校准和反吹后数据变化曲线见图4：(蓝色：SO2浓度；粉红：吹扫信号；绿色：标定信号)

图4-出口CEMS零点校准和反吹后数据变化曲线

根据曲线可发现每次的零点校准标定后，CEMS测量的SO2数值是变小的；而每次反吹扫后的，CEMS测量的数值是突变增大的。

因此，可排除冷凝器出力效果不好的因素影响。

3.4现场安装影响因素分析

FGD出口烟气温度50℃左右，烟气含水率基本饱和。为防止取样套管内冷凝水存积，取样套管需向下倾斜5°安装。现场检查发现：取样探头法兰水平安装，未按设计要求向下倾斜5°安装。取样探头法兰水平安装，取样探杆里的水不易自动回流到烟道内，当探头反吹时，会引起反吹前后测量值的变化。

3.4.1 无影响分析

现场取样探杆水平安装，无法保证全部的冷凝水回流至烟道，会存在少许冷凝水，冷凝水会吸收部分SO2。套管内烟气在上部，冷凝水在下部，烟气和冷凝水不会充分接触，因此对测量的影响有限。

3.4.2 有影响分析

部分冷凝水浸湿了取样探头侧的过滤器，在过滤器间隙孔上形成水膜，吸收SO2，使测量数据变小；当进行探头反吹后，过滤器间隙孔上形成水膜被吹干净，实际高浓度SO2的烟气进入取样管，进入分析仪，产生吹扫后出口SO2浓度升高。但这种情况，通过提高供浆量和增加浆液循环泵的运行调整，应该可以将出口SO2浓度降低。

3.4.3 循环泵敏感性试验

11月15日19时，对01机脱硫出口CEMS取样测量进行循环泵启/停敏感性试验。过程机组负荷稳定在315MW，入口SO2浓度维持在2720mg/ mg/Nm3±30），数据曲线见图5：(红色：SO2浓度)

图5：脱硫出口CEMS取样测量循环泵启/停敏感性试验数据曲线

表4：脱硫出口CEMS取样测量循环泵启/停敏感性试验数据曲线说明

试验得出：起/停一台循环泵对出口SO2浓度的影响会在4分钟左右会体现。但吹扫后，出口SO2数值跳变，通过提高供浆量和增加浆液循环泵的运行调整，持续10～20分钟出口SO2数值都不受干预。

因此，通过上述有影响、无影响及循环泵敏感性试验数据可排除取样探头法兰未向下倾斜5°安装因素。

3.5取消吹扫运行数据分析

12月06日CEMS厂家将取样探头处压缩空气吹扫电磁阀电源断开（只发吹扫指令，但无压缩空气吹扫）。负荷在175MW至315MW之间运行一段时间，期间,出口CEMS测量SO2浓度一直可以稳定维持在10 mg/Nm3以内。无数据跳变现象，见图6：(蓝色：SO2浓度；粉红：吹扫信号；绿色：标定信号)

图6：取样吹扫电磁阀电源后吹扫/校准变化曲线

4确定SO2数据跳变原因

现场对取样探头过滤器后管线是否存在水汽凝结检查时发现：

(1)CEMS取样探头后裸漏在外未绊热取样管线较长。(2)与取样探头连接近段取样管线内有明显的成股水。见图7。

图7：CEMS取样探头外侧取样管线

通过现场试验、上述分析及对探头处的排查，反吹后出口SO2浓度升高同CEMS取样探头过滤器后侧存在冷凝水应该有直接关系。分析如下：运行一段时间后，在取样探头过滤器后(内)侧存在冷凝水，因吸收SO2变成高浓度SO2冷凝水。当进行探头反吹时，将此处的冷凝水吹回到过滤器上，但未能全部吹入烟道。当低SO2浓度的取样烟气通过时，吸附在过滤器上的高浓度SO2冷凝水逐渐挥发，释放出SO2，从而造成测量数值偏高，不受运行干预控制。

5优化措施及效果

5.1优化措施

5.1.1减少冷凝水积存(1)缩短裸漏在外未绊热取样管线长度，保证所有取样管线均被绊热电缆包裹，减少取样探头过滤器后的冷凝水存量。(2)根据设计要求，调整取样探头向下倾斜5°安装，减少过滤器上吸附的水份。5.1.2优化吹扫程序，提高滤芯吹扫效果通过优化调整吹扫周期和时间，最大化保证将取样探头过滤器上的冷凝水吹扫干净。参数调整见表5：

表5：CEMS吹扫优化前后时间参数表

5.2效果

通过减少过滤器后侧冷凝水积存和提高过滤器吹扫效果后，每次吹扫后出口SO2浓度波动数值在5 mg/Nm3范围内，运行稳定性和准确性得到很好提升,基本消除反吹后SO2浓度跳变的问题。见图图8-1、图8-2:(红色：SO2浓度；蓝色：吹扫信号；绿色：标定信号)

图8-1：CEMS吹扫参数优化后，吹扫后出口SO2浓度变化曲线

图8-2：CEMS吹扫参数优化后，吹扫后出口SO2浓度变化曲线

6总结分析

脱硫超低排放,出口SO2浓度控制比较低，出口CEMS测量SO2浓度稳定性和准确性受取样系统冷凝水的影响更加明显突出。通过对整个取样系统分析排查、改进和优化，经长时间连续投运，实践证明优化后该电厂脱硫出口CEMS测量SO2浓度数值稳定、准确，脱硫装置可靠运行，企业顺利拿到超低排放电价，提高了企业的经济效益。

7建议

(1) CEMS系统测点位置严格按照《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样办法》（GB/T16157-1996）执行；(2) 现场严格按设计要求安装，厂家规范取样管路敷设，做好接口处管道伴热；(3) CEMS厂家需提升烟气取样系统的预处理能力,并根据实际情况优化调自动吹扫程序。