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【技術(shù)匯】超低排放CEMS反吹后SO2跳變分析解決
瀏覽次數(shù): 日期:2022年06月06日

  摘要:近年來,火電機(jī)組在《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223—2011)的基礎(chǔ)上,實(shí)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(nèi)的冷凝水,生成不穩(wěn)定的亞硫酸鹽,再次分解成SO2和水這一互逆反應(yīng),在超低排放工況下,脫硫出口SO2濃度低,CEMS反吹后SO2測(cè)量數(shù)據(jù)跳變,甚至超標(biāo)的問題更加明顯和多發(fā)。本文以華北某火電廠為例,根據(jù)數(shù)據(jù)跳變不受運(yùn)行控制這一特性,從儀表測(cè)量、樣氣預(yù)處理、現(xiàn)場(chǎng)安裝,運(yùn)行調(diào)整等方面全面排查、詳細(xì)分析,準(zhǔn)確找到導(dǎo)致數(shù)據(jù)跳變的冷凝水點(diǎn)。采取規(guī)范取樣管敷設(shè),減少冷凝水積存和優(yōu)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(shù)據(jù)跳變的問題,保證測(cè)量準(zhǔn)確,提升脫硫裝置可靠運(yùn)行度,讓企業(yè)順利拿到超低排放電價(jià),提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

  引言

  2011年7月國(guó)家發(fā)布了火電大氣污染物超低排放國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),要求燃煤機(jī)組的大氣主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到天然氣燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)。華北某電廠于2016年新建投產(chǎn),處于京津冀環(huán)保重地,在滿足現(xiàn)行國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步自我加壓,實(shí)施更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),見表1:

超低排放CEMS反吹后SO2跳變分析解決

  表1:污染物排放標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值

  煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS),是指對(duì)大氣污染源排放的氣態(tài)污染物(SO2、NOx等)和顆粒物(煙塵)進(jìn)行濃度和排放總量連續(xù)監(jiān)測(cè)并將信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)街鞴懿块T的裝置。正常運(yùn)行的CEMS數(shù)據(jù)是環(huán)保部門進(jìn)行超低排放是否達(dá)標(biāo)、排污申報(bào)核定、總量控制、排污費(fèi)征收等環(huán)境管理的依據(jù)。在脫硫裝置運(yùn)行可靠的情況下,SO2濃度能否準(zhǔn)確測(cè)量,CEMS系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定,直接關(guān)系到企業(yè)能否拿到超低排放電價(jià),與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)的形象直接相關(guān)。

  1FGD裝置出口CEMS系統(tǒng)介紹

  華北某電廠采用濕法脫硫技術(shù),F(xiàn)GD出口CEMS安裝在濕式電除塵后。煙氣SO2采用抽取式紅外氣體光譜法測(cè)量。分析儀為SIEMENS公司ULTRAMAT23。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1:

超低排放CEMS反吹后SO2跳變分析解決

  圖1-出口CEMS系統(tǒng)取樣結(jié)構(gòu)

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  圖2-取樣探頭由過濾器

  煙氣經(jīng)過取樣探頭、電加熱采樣管線和冷凝器由取樣泵抽取至分析儀。取樣探頭由過濾器(碳化硅陶瓷2um孔隙,見圖2)、加熱裝置組成。取樣探頭還設(shè)計(jì)有一個(gè)可復(fù)用的反吹清掃口(用清潔的壓縮空氣吹掃附在管筒過濾器外表面的浮塵,將其吹掃回?zé)煹溃?。為保證從取樣點(diǎn)到分析柜傳輸中樣氣不冷凝,避免SO2損失,保證樣氣管通暢,取樣探頭及取樣管線均采用加熱方式(溫度:120~140℃),樣氣進(jìn)入分析柜后,通過兩級(jí)壓縮冷凝器對(duì)樣氣快速冷凝(溫度+5℃)以滿足分析儀要求。當(dāng)零點(diǎn)校準(zhǔn)時(shí),系統(tǒng)停止取樣,樣氣通路關(guān)閉,標(biāo)零空氣接通,進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)。

  2脫硫出口CEMS反吹后SO2數(shù)據(jù)跳變問題描述

  01機(jī)組脫硫運(yùn)行一段時(shí)間后,出口CEMS吹掃結(jié)束,數(shù)據(jù)釋放后(吹掃時(shí),CEMS數(shù)據(jù)自保持)SO2濃度會(huì)跳變,甚至超標(biāo)(大于35mg/Nm3)的問題。但NO、O2濃度數(shù)據(jù)釋放后,無跳變。期間通過提高供漿量和增加漿液循環(huán)泵的運(yùn)行調(diào)整,均不能降低出口SO2濃度。持續(xù)10~20分鐘后,出口SO2數(shù)值會(huì)慢慢變?yōu)?mg/Nm3,然后調(diào)整供漿量和漿液循環(huán)泵運(yùn)行數(shù)量至吹掃前工況,出口SO2數(shù)值會(huì)維持在5~10 mg/Nm3之間。問題實(shí)例:11月15日17時(shí)33分,01機(jī)組脫硫出口CEMS自動(dòng)反吹后,出口SO2濃度由2 mg/Nm3突變至20 mg/Nm3,然后慢慢升高至35mg/Nm3以上。調(diào)整及數(shù)值跳變曲線見圖3:(藍(lán)色:SO2濃度;粉紅:吹掃信號(hào);綠色:標(biāo)定信號(hào))

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  圖3-出口CEMS吹掃后SO2數(shù)值跳變曲線

  表2:出口CEMS吹掃后SO2數(shù)值跳變曲線說明

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  ◆期間機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在315MW,入口SO2濃度維持在2720±30 mg/Nm3。

  3SO2數(shù)據(jù)跳變分析

  3.1取樣管線、伴熱系統(tǒng)異常因素影響分析

  現(xiàn)場(chǎng)檢查伴熱系統(tǒng)運(yùn)行正常,伴熱溫度維持130℃;對(duì)所有接頭檢查后無脫落、破損情況;取樣系統(tǒng)氣密試驗(yàn)無泄漏;SO2數(shù)據(jù)跳變發(fā)生在CEMS反吹后,且NO、O2濃度值在反吹數(shù)據(jù)釋放后無跳變;

  因此,可排除系統(tǒng)取樣管線漏氣和伴熱系統(tǒng)異常的影響。

  3.2分析儀測(cè)量準(zhǔn)確性影響分析

  3.2.1 分析儀通標(biāo)氣

  出口SO2量程為0~200 mg/Nm3。通入89 mg/Nm3的標(biāo)氣,測(cè)量數(shù)值為88 mg/Nm3,測(cè)量誤差<5%。

  3.2.2 第三方環(huán)保數(shù)據(jù)比對(duì)

  2016年12月03日,對(duì)FGD出口CEMS進(jìn)行第三方環(huán)保比對(duì)試驗(yàn),數(shù)據(jù)見表3:

  表3:CEMS環(huán)保比對(duì)數(shù)據(jù)

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  通過標(biāo)氣測(cè)量和第三方環(huán)保比對(duì)數(shù)據(jù),可排除分析儀測(cè)量不準(zhǔn)確因素。

  3.3冷凝器出力效果影響因素分析

  現(xiàn)場(chǎng)拔掉1級(jí)冷凝器前管線,分析儀表的SO2測(cè)量值降低不到0;拔掉2級(jí)冷凝器后管線,分析儀表的SO2測(cè)量值可降低至0;用水沖洗1級(jí)、2級(jí)冷凝器,恢復(fù)取樣煙氣測(cè)量。2小時(shí)之后重復(fù)拔掉1級(jí)冷凝器前管線與拔掉2級(jí)冷凝器后管線,分析儀表的SO2測(cè)量值基本均可降低至0。

  分析:因冷凝器出力不好,樣氣中的水汽凝結(jié)后不能通過蠕動(dòng)泵排走,水汽就會(huì)凝結(jié)在冷凝器中。隨著樣氣的持續(xù)通入,SO2逐漸溶于水,形成亞硫酸。由于亞硫酸不穩(wěn)定,當(dāng)取樣氣中的SO2含量較低時(shí),亞硫酸分解出的SO2就會(huì)使分析儀測(cè)量值明顯高于樣氣中的SO2含量。

  冷凝器是樣氣進(jìn)入分析儀前的必經(jīng)環(huán)節(jié),長(zhǎng)期運(yùn)行,冷凝器污染物結(jié)晶和殘留含高濃度SO2的水份是不可避免的正?,F(xiàn)象。并且該部位對(duì)測(cè)量的影響效果應(yīng)是持續(xù)疊加的。向冷凝器通入潔凈空氣的零點(diǎn)校準(zhǔn)和人工清理冷凝器,都使進(jìn)入分析儀的管路更加干凈。CEMS零點(diǎn)校準(zhǔn)和反吹后數(shù)據(jù)變化曲線見圖4:(藍(lán)色:SO2濃度;粉紅:吹掃信號(hào);綠色:標(biāo)定信號(hào))

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  圖4-出口CEMS零點(diǎn)校準(zhǔn)和反吹后數(shù)據(jù)變化曲線

  根據(jù)曲線可發(fā)現(xiàn)每次的零點(diǎn)校準(zhǔn)標(biāo)定后,CEMS測(cè)量的SO2數(shù)值是變小的;而每次反吹掃后的,CEMS測(cè)量的數(shù)值是突變?cè)龃蟮摹?/span>

  因此,可排除冷凝器出力效果不好的因素影響。

  3.4現(xiàn)場(chǎng)安裝影響因素分析

  FGD出口煙氣溫度50℃左右,煙氣含水率基本飽和。為防止取樣套管內(nèi)冷凝水存積,取樣套管需向下傾斜5°安裝。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn):取樣探頭法蘭水平安裝,未按設(shè)計(jì)要求向下傾斜5°安裝。取樣探頭法蘭水平安裝,取樣探桿里的水不易自動(dòng)回流到煙道內(nèi),當(dāng)探頭反吹時(shí),會(huì)引起反吹前后測(cè)量值的變化。

  3.4.1 無影響分析

  現(xiàn)場(chǎng)取樣探桿水平安裝,無法保證全部的冷凝水回流至煙道,會(huì)存在少許冷凝水,冷凝水會(huì)吸收部分SO2。套管內(nèi)煙氣在上部,冷凝水在下部,煙氣和冷凝水不會(huì)充分接觸,因此對(duì)測(cè)量的影響有限。

  3.4.2 有影響分析

  部分冷凝水浸濕了取樣探頭側(cè)的過濾器,在過濾器間隙孔上形成水膜,吸收SO2,使測(cè)量數(shù)據(jù)變??;當(dāng)進(jìn)行探頭反吹后,過濾器間隙孔上形成水膜被吹干凈,實(shí)際高濃度SO2的煙氣進(jìn)入取樣管,進(jìn)入分析儀,產(chǎn)生吹掃后出口SO2濃度升高。但這種情況,通過提高供漿量和增加漿液循環(huán)泵的運(yùn)行調(diào)整,應(yīng)該可以將出口SO2濃度降低。

  3.4.3 循環(huán)泵敏感性試驗(yàn)

  11月15日19時(shí),對(duì)01機(jī)脫硫出口CEMS取樣測(cè)量進(jìn)行循環(huán)泵啟/停敏感性試驗(yàn)。過程機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在315MW,入口SO2濃度維持在2720mg/ mg/Nm3±30),數(shù)據(jù)曲線見圖5:(紅色:SO2濃度)

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  圖5:脫硫出口CEMS取樣測(cè)量循環(huán)泵啟/停敏感性試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線

  表4:脫硫出口CEMS取樣測(cè)量循環(huán)泵啟/停敏感性試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線說明

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  試驗(yàn)得出:起/停一臺(tái)循環(huán)泵對(duì)出口SO2濃度的影響會(huì)在4分鐘左右會(huì)體現(xiàn)。但吹掃后,出口SO2數(shù)值跳變,通過提高供漿量和增加漿液循環(huán)泵的運(yùn)行調(diào)整,持續(xù)10~20分鐘出口SO2數(shù)值都不受干預(yù)。

  因此,通過上述有影響、無影響及循環(huán)泵敏感性試驗(yàn)數(shù)據(jù)可排除取樣探頭法蘭未向下傾斜5°安裝因素。

  3.5取消吹掃運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

  12月06日CEMS廠家將取樣探頭處壓縮空氣吹掃電磁閥電源斷開(只發(fā)吹掃指令,但無壓縮空氣吹掃)。負(fù)荷在175MW至315MW之間運(yùn)行一段時(shí)間,期間,出口CEMS測(cè)量SO2濃度一直可以穩(wěn)定維持在10 mg/Nm3以內(nèi)。無數(shù)據(jù)跳變現(xiàn)象,見圖6:(藍(lán)色:SO2濃度;粉紅:吹掃信號(hào);綠色:標(biāo)定信號(hào))

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  圖6:取樣吹掃電磁閥電源后吹掃/校準(zhǔn)變化曲線

  4確定SO2數(shù)據(jù)跳變?cè)?/strong>

  現(xiàn)場(chǎng)對(duì)取樣探頭過濾器后管線是否存在水汽凝結(jié)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn):

  (1)CEMS取樣探頭后裸漏在外未絆熱取樣管線較長(zhǎng)。(2)與取樣探頭連接近段取樣管線內(nèi)有明顯的成股水。見圖7:

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  圖7:CEMS取樣探頭外側(cè)取樣管線

  通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、上述分析及對(duì)探頭處的排查,反吹后出口SO2濃度升高同CEMS取樣探頭過濾器后側(cè)存在冷凝水應(yīng)該有直接關(guān)系。分析如下:運(yùn)行一段時(shí)間后,在取樣探頭過濾器后(內(nèi))側(cè)存在冷凝水,因吸收SO2變成高濃度SO2冷凝水。當(dāng)進(jìn)行探頭反吹時(shí),將此處的冷凝水吹回到過濾器上,但未能全部吹入煙道。當(dāng)?shù)蚐O2濃度的取樣煙氣通過時(shí),吸附在過濾器上的高濃度SO2冷凝水逐漸揮發(fā),釋放出SO2,從而造成測(cè)量數(shù)值偏高,不受運(yùn)行干預(yù)控制。

  5優(yōu)化措施及效果

  5.1優(yōu)化措施

  5.1.1減少冷凝水積存(1)縮短裸漏在外未絆熱取樣管線長(zhǎng)度,保證所有取樣管線均被絆熱電纜包裹,減少取樣探頭過濾器后的冷凝水存量。(2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,調(diào)整取樣探頭向下傾斜5°安裝,減少過濾器上吸附的水份。5.1.2優(yōu)化吹掃程序,提高濾芯吹掃效果通過優(yōu)化調(diào)整吹掃周期和時(shí)間,最大化保證將取樣探頭過濾器上的冷凝水吹掃干凈。參數(shù)調(diào)整見表5:

  表5:CEMS吹掃優(yōu)化前后時(shí)間參數(shù)表

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  5.2效果

  通過減少過濾器后側(cè)冷凝水積存和提高過濾器吹掃效果后,每次吹掃后出口SO2濃度波動(dòng)數(shù)值在5 mg/Nm3范圍內(nèi),運(yùn)行穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性得到很好提升,基本消除反吹后SO2濃度跳變的問題。見圖圖8-1、圖8-2:(紅色:SO2濃度;藍(lán)色:吹掃信號(hào);綠色:標(biāo)定信號(hào))

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  圖8-1:CEMS吹掃參數(shù)優(yōu)化后,吹掃后出口SO2濃度變化曲線

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  圖8-2:CEMS吹掃參數(shù)優(yōu)化后,吹掃后出口SO2濃度變化曲線

  6總結(jié)分析

  脫硫超低排放,出口SO2濃度控制比較低,出口CEMS測(cè)量SO2濃度穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性受取樣系統(tǒng)冷凝水的影響更加明顯突出。通過對(duì)整個(gè)取樣系統(tǒng)分析排查、改進(jìn)和優(yōu)化,經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)投運(yùn),實(shí)踐證明優(yōu)化后該電廠脫硫出口CEMS測(cè)量SO2濃度數(shù)值穩(wěn)定、準(zhǔn)確,脫硫裝置可靠運(yùn)行,企業(yè)順利拿到超低排放電價(jià),提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

  7建議

  (1) CEMS系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)位置嚴(yán)格按照《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣辦法》(GB/T16157-1996)執(zhí)行;(2) 現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求安裝,廠家規(guī)范取樣管路敷設(shè),做好接口處管道伴熱;(3) CEMS廠家需提升煙氣取樣系統(tǒng)的預(yù)處理能力,并根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化調(diào)自動(dòng)吹掃程序。


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