摘要：近年來，火電機組在《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223—2011)的基礎上，實行“超低排放”，出口SO2濃度控制≤35mg?m-3。因濕法脫硫CEMS取樣氣中的SO2易溶于取樣管內的冷凝水，生成不穩定的亞硫酸鹽，再次分解成SO2和水這一互逆反應，在超低排放工況下，脫硫出口SO2濃度低，CEMS反吹后SO2測量數據跳變，甚至超標的問題更加明顯和多發。本文以華北某火電廠為例，根據數據跳變不受運行控制這一特性，從儀表測量、樣氣預處理、現場安裝，運行調整等方面全面排查、詳細分析，準確找到導致數據跳變的冷凝水點。采取規范取樣管敷設，減少冷凝水積存和優化反吹程序，保證濾芯吹掃效果等有效措施，最終解決反吹后數據跳變的問題，保證測量準確，提升脫硫裝置可靠運行度，讓企業順利拿到超低排放電價，提高企業的經濟效益和社會效益。
引言
2011年(nian)7月國家發布了火電大(da)氣污染物(wu)超低排(pai)(pai)放國家標(biao)準(zhun)(zhun)，要(yao)(yao)求(qiu)燃煤機(ji)組的(de)大(da)氣主要(yao)(yao)污染物(wu)排(pai)(pai)放標(biao)準(zhun)(zhun)達(da)到天然(ran)氣燃氣機(ji)組的(de)排(pai)(pai)放標(biao)準(zhun)(zhun)。華北某電廠于(yu)2016年(nian)新建投產，處于(yu)京津冀環保重(zhong)地，在(zai)滿足現(xian)行(xing)國家排(pai)(pai)放標(biao)準(zhun)(zhun)的(de)基(ji)礎上(shang)，進一步自我(wo)加壓，實施(shi)更為嚴格(ge)的(de)排(pai)(pai)放標(biao)準(zhun)(zhun)，見表1：
表1：污染(ran)物排放(fang)標(biao)準數值(zhi)
煙(yan)(yan)氣排(pai)放(fang)連續(xu)監測(ce)(ce)系(xi)統（CEMS），是(shi)指(zhi)對(dui)大氣污染源排(pai)放(fang)的(de)氣態污染物（SO2、NOx等）和顆粒(li)物（煙(yan)(yan)塵）進(jin)行(xing)濃度(du)和排(pai)放(fang)總(zong)量連續(xu)監測(ce)(ce)并將信息實時傳輸到主管(guan)部門的(de)裝置。正常(chang)運行(xing)的(de)CEMS數據是(shi)環保部門進(jin)行(xing)超(chao)低(di)排(pai)放(fang)是(shi)否(fou)達(da)標、排(pai)污申(shen)報核定、總(zong)量控制、排(pai)污費征收等環境管(guan)理的(de)依(yi)據。在(zai)脫硫裝置運行(xing)可靠(kao)的(de)情況下(xia)，SO2濃度(du)能否(fou)準確(que)測(ce)(ce)量，CEMS系(xi)統監測(ce)(ce)數據是(shi)否(fou)穩定，直接關(guan)系(xi)到企業(ye)能否(fou)拿到超(chao)低(di)排(pai)放(fang)電價，與企業(ye)的(de)經濟效(xiao)益(yi)和企業(ye)的(de)形(xing)象直接相關(guan)。
1FGD裝置出口CEMS系統介紹
華北某電廠采(cai)用濕法(fa)脫硫技(ji)術，FGD出(chu)口CEMS安(an)裝(zhuang)在(zai)濕式(shi)電除(chu)塵后。煙氣SO2采(cai)用抽取(qu)式(shi)紅外(wai)氣體光譜法(fa)測量(liang)。分(fen)析儀為SIEMENS公司ULTRAMAT23。系統結(jie)構(gou)見圖1：
圖1-出(chu)口CEMS系統取樣結構(gou)
圖(tu)2-取樣探頭由過濾器
煙(yan)(yan)氣經過(guo)取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)、電加熱采樣(yang)(yang)(yang)管線(xian)和冷(leng)凝(ning)器(qi)由取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)泵抽取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)至分(fen)析(xi)(xi)儀(yi)。取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)由過(guo)濾(lv)器(qi)（碳化(hua)硅陶瓷(ci)2um孔隙，見圖2）、加熱裝置組成。取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)還設(she)計(ji)有一(yi)個可復用的反(fan)吹(chui)清(qing)掃(sao)口（用清(qing)潔的壓(ya)縮空(kong)氣吹(chui)掃(sao)附(fu)在(zai)管筒過(guo)濾(lv)器(qi)外表面的浮塵(chen)，將其吹(chui)掃(sao)回煙(yan)(yan)道(dao)）。為保證(zheng)(zheng)從取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)點(dian)到(dao)分(fen)析(xi)(xi)柜(ju)傳(chuan)輸中樣(yang)(yang)(yang)氣不冷(leng)凝(ning)，避免SO2損(sun)失，保證(zheng)(zheng)樣(yang)(yang)(yang)氣管通暢(chang)，取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)探(tan)(tan)(tan)頭(tou)及取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)管線(xian)均(jun)采用加熱方式(shi)（溫(wen)度：120～140℃），樣(yang)(yang)(yang)氣進入分(fen)析(xi)(xi)柜(ju)后，通過(guo)兩級壓(ya)縮冷(leng)凝(ning)器(qi)對樣(yang)(yang)(yang)氣快速(su)冷(leng)凝(ning)（溫(wen)度+5℃）以滿足分(fen)析(xi)(xi)儀(yi)要求。當(dang)零(ling)點(dian)校準時(shi)，系統停止取(qu)(qu)(qu)(qu)(qu)樣(yang)(yang)(yang)，樣(yang)(yang)(yang)氣通路關閉，標零(ling)空(kong)氣接通，進行零(ling)點(dian)校準。
2脫硫出口CEMS反吹后SO2數據跳變問題描述
01機組(zu)脫硫(liu)運(yun)行一段(duan)時(shi)(shi)間后，出(chu)(chu)口(kou)CEMS吹(chui)掃(sao)結(jie)束，數(shu)據(ju)釋放后（吹(chui)掃(sao)時(shi)(shi)，CEMS數(shu)據(ju)自(zi)保持(chi)）SO2濃(nong)度(du)會(hui)跳(tiao)(tiao)變，甚至(zhi)超標（大于35mg/Nm3）的(de)問題。但(dan)NO、O2濃(nong)度(du)數(shu)據(ju)釋放后，無跳(tiao)(tiao)變。期間通過提高供(gong)漿(jiang)量(liang)(liang)和增加漿(jiang)液(ye)循(xun)環泵(beng)的(de)運(yun)行調(diao)整，均不能降低出(chu)(chu)口(kou)SO2濃(nong)度(du)。持(chi)續10～20分鐘(zhong)后，出(chu)(chu)口(kou)SO2數(shu)值會(hui)慢慢變為0mg/Nm3，然后調(diao)整供(gong)漿(jiang)量(liang)(liang)和漿(jiang)液(ye)循(xun)環泵(beng)運(yun)行數(shu)量(liang)(liang)至(zhi)吹(chui)掃(sao)前工況(kuang)，出(chu)(chu)口(kou)SO2數(shu)值會(hui)維持(chi)在5～10 mg/Nm3之間。問題實(shi)例：11月15日17時(shi)(shi)33分，01機組(zu)脫硫(liu)出(chu)(chu)口(kou)CEMS自(zi)動(dong)反吹(chui)后，出(chu)(chu)口(kou)SO2濃(nong)度(du)由2 mg/Nm3突變至(zhi)20 mg/Nm3，然后慢慢升高至(zhi)35mg/Nm3以上。調(diao)整及(ji)數(shu)值跳(tiao)(tiao)變曲線見圖3：(藍色(se)：SO2濃(nong)度(du)；粉(fen)紅：吹(chui)掃(sao)信(xin)號(hao)；綠色(se)：標定信(xin)號(hao))
圖3-出口CEMS吹掃后SO2數(shu)值跳變曲線
表2：出(chu)口CEMS吹掃后SO2數(shu)值跳變曲線說明
◆期間機組負荷穩定在315MW，入(ru)口SO2濃(nong)度維持在2720±30 mg/Nm3。
3SO2數據跳變分析
3.1取(qu)樣管線、伴熱系統異常因素(su)影響分析
現場檢(jian)查伴熱(re)系統(tong)運行正常，伴熱(re)溫度維持130℃；對所有接(jie)頭檢(jian)查后無脫落、破損情況(kuang)；取樣系統(tong)氣密(mi)試驗無泄漏；SO2數據跳(tiao)變(bian)發生在CEMS反(fan)吹(chui)后，且NO、O2濃度值在反(fan)吹(chui)數據釋放后無跳(tiao)變(bian)；
因(yin)此，可排除系統取(qu)樣(yang)管線漏氣和伴熱系統異常的影(ying)響。
3.2分(fen)析儀測量準確(que)性影(ying)響(xiang)分(fen)析
3.2.1 分(fen)析儀通標氣
出口SO2量程(cheng)為0～200 mg/Nm3。通(tong)入89 mg/Nm3的標氣，測(ce)量數值為88 mg/Nm3，測(ce)量誤差<5%。
3.2.2 第三方環保(bao)數據比對
2016年12月(yue)03日(ri)，對FGD出口CEMS進行第(di)三方環保比對試驗，數據見表(biao)3:
表3：CEMS環保比對數據(ju)
通過標(biao)氣測量(liang)和第三方(fang)環保比對(dui)數(shu)據，可排(pai)除分(fen)析儀測量(liang)不準(zhun)確因素(su)。
3.3冷凝器出力效果影響因素分析(xi)
現場拔掉1級冷凝(ning)(ning)器(qi)(qi)(qi)前(qian)管(guan)線，分(fen)析儀(yi)表的(de)SO2測(ce)(ce)量(liang)(liang)值降低不到0；拔掉2級冷凝(ning)(ning)器(qi)(qi)(qi)后(hou)管(guan)線,分(fen)析儀(yi)表的(de)SO2測(ce)(ce)量(liang)(liang)值可降低至0；用水(shui)沖(chong)洗1級、2級冷凝(ning)(ning)器(qi)(qi)(qi)，恢復(fu)取樣煙氣測(ce)(ce)量(liang)(liang)。2小時之后(hou)重復(fu)拔掉1級冷凝(ning)(ning)器(qi)(qi)(qi)前(qian)管(guan)線與(yu)拔掉2級冷凝(ning)(ning)器(qi)(qi)(qi)后(hou)管(guan)線，分(fen)析儀(yi)表的(de)SO2測(ce)(ce)量(liang)(liang)值基本均可降低至0。
分(fen)析(xi)：因冷凝器(qi)出(chu)力不好，樣氣中(zhong)的(de)水汽(qi)(qi)凝結(jie)后(hou)不能通過(guo)蠕動泵排(pai)走(zou)，水汽(qi)(qi)就(jiu)會凝結(jie)在(zai)冷凝器(qi)中(zhong)。隨著樣氣的(de)持續通入，SO2逐漸溶于水，形成亞硫(liu)酸。由于亞硫(liu)酸不穩(wen)定，當取樣氣中(zhong)的(de)SO2含量(liang)較低(di)時(shi)，亞硫(liu)酸分(fen)解出(chu)的(de)SO2就(jiu)會使分(fen)析(xi)儀測量(liang)值明顯高于樣氣中(zhong)的(de)SO2含量(liang)。
冷(leng)凝(ning)器(qi)(qi)是樣氣進(jin)(jin)入(ru)分(fen)析儀(yi)前(qian)的(de)必經環節，長期運行，冷(leng)凝(ning)器(qi)(qi)污(wu)染物結晶和殘留含(han)高濃度SO2的(de)水份是不可避(bi)免(mian)的(de)正常現象。并且該部位對測(ce)量(liang)的(de)影響效(xiao)果應(ying)是持續疊加的(de)。向(xiang)冷(leng)凝(ning)器(qi)(qi)通入(ru)潔(jie)凈空氣的(de)零(ling)點校(xiao)準和人工清(qing)理冷(leng)凝(ning)器(qi)(qi)，都使進(jin)(jin)入(ru)分(fen)析儀(yi)的(de)管路(lu)更加干凈。CEMS零(ling)點校(xiao)準和反吹后(hou)數據變化曲線見(jian)圖4：(藍色：SO2濃度；粉紅：吹掃信號；綠(lv)色：標定(ding)信號)
圖4-出口CEMS零(ling)點(dian)校準和反吹后數據變化曲線
根據曲線可發現每(mei)次(ci)的零點校準(zhun)標定后，CEMS測(ce)量的SO2數值(zhi)是(shi)變(bian)小的；而每(mei)次(ci)反吹掃后的，CEMS測(ce)量的數值(zhi)是(shi)突(tu)變(bian)增大(da)的。
因(yin)此，可排除(chu)冷(leng)凝器出力效果不好的因(yin)素影響。
3.4現場安裝(zhuang)影(ying)響(xiang)因(yin)素分析
FGD出口(kou)煙(yan)氣(qi)溫(wen)度50℃左右，煙(yan)氣(qi)含(han)水率基本飽和。為防止取樣(yang)(yang)套管(guan)內冷凝水存積，取樣(yang)(yang)套管(guan)需向(xiang)下傾(qing)斜(xie)5°安(an)裝。現(xian)場檢查發現(xian)：取樣(yang)(yang)探(tan)頭(tou)法蘭(lan)水平安(an)裝，未按設計(ji)要求向(xiang)下傾(qing)斜(xie)5°安(an)裝。取樣(yang)(yang)探(tan)頭(tou)法蘭(lan)水平安(an)裝，取樣(yang)(yang)探(tan)桿(gan)里(li)的水不易自動(dong)回(hui)流(liu)到煙(yan)道內，當探(tan)頭(tou)反吹時，會引起反吹前后測量值的變化。
3.4.1 無影響分析
現(xian)場取樣(yang)探桿水平安裝，無法保證全部的冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)水回流至煙道，會(hui)存在少許(xu)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)水，冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)水會(hui)吸收部分SO2。套管(guan)內煙氣在上(shang)部，冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)水在下部，煙氣和冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)(ning)(ning)水不會(hui)充分接(jie)觸，因此(ci)對測量的影響有限(xian)。
3.4.2 有影響(xiang)分析
部分(fen)(fen)冷凝水(shui)浸濕了取樣(yang)探頭側(ce)的(de)過濾(lv)器，在過濾(lv)器間(jian)(jian)隙孔上形成水(shui)膜，吸收SO2，使(shi)測量(liang)數(shu)據(ju)變小；當進(jin)行(xing)探頭反吹后，過濾(lv)器間(jian)(jian)隙孔上形成水(shui)膜被(bei)吹干(gan)凈，實際高濃(nong)度SO2的(de)煙氣進(jin)入取樣(yang)管，進(jin)入分(fen)(fen)析儀，產生吹掃后出口SO2濃(nong)度升高。但(dan)這種情況，通過提高供漿(jiang)量(liang)和增加漿(jiang)液循環泵的(de)運行(xing)調整，應(ying)該(gai)可以將出口SO2濃(nong)度降低。
3.4.3 循環泵敏感性(xing)試驗
11月15日19時，對01機脫硫出口CEMS取(qu)樣(yang)測量進行循(xun)環(huan)泵啟/停敏(min)感性試驗。過程機組負荷穩定在315MW，入口SO2濃(nong)度維持在2720mg/ mg/Nm3±30），數據曲線見圖5：(紅色：SO2濃(nong)度)
圖5：脫硫出(chu)口CEMS取樣(yang)測量循環(huan)泵(beng)啟/停敏感性試驗(yan)數據曲線
表4：脫硫出口CEMS取(qu)樣測量(liang)循(xun)環泵啟(qi)/停(ting)敏(min)感(gan)性試驗數據(ju)曲(qu)線說明
試驗(yan)得出：起(qi)/停(ting)一(yi)臺循環(huan)泵對出口(kou)(kou)SO2濃度的影(ying)響會在(zai)4分鐘左(zuo)右會體現。但吹掃后(hou)，出口(kou)(kou)SO2數(shu)值跳變，通過提(ti)高供(gong)漿量(liang)和增加漿液(ye)循環(huan)泵的運行調整，持續10～20分鐘出口(kou)(kou)SO2數(shu)值都不(bu)受干預。
因(yin)此，通(tong)過上述有(you)影響、無影響及循環泵敏(min)感性試驗數據可排除取樣(yang)探頭(tou)法(fa)蘭(lan)未向下傾斜5°安裝因(yin)素。
3.5取消(xiao)吹掃運(yun)行數據(ju)分析
12月06日CEMS廠(chang)家將取樣探頭處壓縮空氣(qi)吹(chui)掃(sao)(sao)電磁閥電源斷開（只發吹(chui)掃(sao)(sao)指令(ling)，但無(wu)(wu)壓縮空氣(qi)吹(chui)掃(sao)(sao)）。負荷在175MW至315MW之間(jian)運(yun)行一(yi)段時間(jian)，期間(jian),出(chu)口CEMS測量SO2濃度一(yi)直可以(yi)穩定維持在10 mg/Nm3以(yi)內。無(wu)(wu)數據跳變現象(xiang)，見圖(tu)6：(藍色：SO2濃度；粉紅(hong)：吹(chui)掃(sao)(sao)信號；綠(lv)色：標定信號)
圖6：取樣吹掃電磁(ci)閥電源后吹掃/校準變化曲線
4確定SO2數據跳變原因
現場對取樣探頭過濾(lv)器(qi)后(hou)管線(xian)是(shi)否存在水汽凝結檢查時發現：
(1)CEMS取(qu)樣探(tan)頭(tou)后裸漏在外未絆熱取(qu)樣管線(xian)較長(chang)。(2)與取(qu)樣探(tan)頭(tou)連接近(jin)段取(qu)樣管線(xian)內有(you)明顯(xian)的成股水。見圖7：
圖7：CEMS取(qu)樣探頭外側(ce)取(qu)樣管(guan)線
通過(guo)(guo)現場試(shi)驗、上述分析及對探頭(tou)處(chu)的排查，反(fan)吹(chui)后出口SO2濃(nong)度升高(gao)同CEMS取樣探頭(tou)過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)后側(ce)存在冷凝(ning)水(shui)(shui)應(ying)該有直(zhi)接關系。分析如下(xia)：運行(xing)一段時間(jian)后，在取樣探頭(tou)過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)后(內)側(ce)存在冷凝(ning)水(shui)(shui)，因吸(xi)收SO2變成高(gao)濃(nong)度SO2冷凝(ning)水(shui)(shui)。當(dang)進行(xing)探頭(tou)反(fan)吹(chui)時，將(jiang)此處(chu)的冷凝(ning)水(shui)(shui)吹(chui)回到過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)上，但未能全部(bu)吹(chui)入煙(yan)道。當(dang)低SO2濃(nong)度的取樣煙(yan)氣通過(guo)(guo)時，吸(xi)附(fu)在過(guo)(guo)濾(lv)器(qi)上的高(gao)濃(nong)度SO2冷凝(ning)水(shui)(shui)逐漸揮發，釋放出SO2，從而造成測量數(shu)值偏高(gao)，不受運行(xing)干預控制。
5優化措施及效果
5.1優化措施(shi)
5.1.1減(jian)少冷凝水積存(cun)(1)縮短裸漏在外(wai)未(wei)絆(ban)熱(re)取樣(yang)(yang)管(guan)線(xian)(xian)長度(du)，保證(zheng)所(suo)有取樣(yang)(yang)管(guan)線(xian)(xian)均被絆(ban)熱(re)電纜包裹，減(jian)少取樣(yang)(yang)探頭過濾(lv)(lv)器(qi)后的(de)冷凝水存(cun)量。(2)根據設計要求，調(diao)整(zheng)取樣(yang)(yang)探頭向下傾斜(xie)5°安裝，減(jian)少過濾(lv)(lv)器(qi)上吸附的(de)水份。5.1.2優化(hua)吹(chui)掃(sao)(sao)(sao)程序，提高濾(lv)(lv)芯吹(chui)掃(sao)(sao)(sao)效果(guo)通(tong)過優化(hua)調(diao)整(zheng)吹(chui)掃(sao)(sao)(sao)周期(qi)和時間，最大化(hua)保證(zheng)將取樣(yang)(yang)探頭過濾(lv)(lv)器(qi)上的(de)冷凝水吹(chui)掃(sao)(sao)(sao)干凈(jing)。參數調(diao)整(zheng)見表5：
表5：CEMS吹掃(sao)優化前后時(shi)間參(can)數表
5.2效果
通過(guo)減少(shao)過(guo)濾器后側冷凝(ning)水(shui)積存和提(ti)高過(guo)濾器吹(chui)掃(sao)效(xiao)果后，每次吹(chui)掃(sao)后出口SO2濃(nong)度波動數(shu)值在5 mg/Nm3范(fan)圍內，運(yun)行穩定性和準確性得到(dao)很(hen)好提(ti)升,基本消除(chu)反吹(chui)后SO2濃(nong)度跳變(bian)的問題。見圖(tu)(tu)圖(tu)(tu)8-1、圖(tu)(tu)8-2:(紅色(se)：SO2濃(nong)度；藍色(se)：吹(chui)掃(sao)信號；綠色(se)：標定信號)
圖(tu)8-1：CEMS吹掃參數(shu)優化(hua)后，吹掃后出(chu)口SO2濃度變化(hua)曲線
圖8-2：CEMS吹掃(sao)參數(shu)優化(hua)后，吹掃(sao)后出口SO2濃度變化(hua)曲線
6總結分析
脫(tuo)硫超低排(pai)放,出(chu)口SO2濃(nong)度(du)控(kong)制比(bi)較(jiao)低，出(chu)口CEMS測量SO2濃(nong)度(du)穩定(ding)性和準(zhun)(zhun)確(que)性受取樣系(xi)統冷凝水的影(ying)響更加明(ming)顯突出(chu)。通過對(dui)整(zheng)個取樣系(xi)統分析排(pai)查、改進(jin)和優化(hua)，經長時間連續投運，實(shi)踐(jian)證明(ming)優化(hua)后該電廠(chang)脫(tuo)硫出(chu)口CEMS測量SO2濃(nong)度(du)數值穩定(ding)、準(zhun)(zhun)確(que)，脫(tuo)硫裝置可靠運行，企業(ye)順(shun)利拿到超低排(pai)放電價，提高了企業(ye)的經濟效(xiao)益(yi)。
7建議
(1) CEMS系統(tong)(tong)測(ce)點位置嚴格按照《固定污染(ran)源排氣中顆粒物測(ce)定與氣態污染(ran)物采樣辦法》（GB/T16157-1996）執行；(2) 現(xian)場嚴格按設計要求安裝，廠家(jia)規范取樣管路敷設，做好接口處管道伴熱；(3) CEMS廠家(jia)需提升煙氣取樣系統(tong)(tong)的預處理能(neng)力,并(bing)根據(ju)實際情況(kuang)優化(hua)調(diao)自(zi)動(dong)吹掃程序。
