CEMS系统运行与维护

 CEMS系统运行与维护

“节能减排”作为我国政府工作的重点，现阶段主要是努力降低能耗、减少污染物排放量。作为火力发电厂，节能减排形势非常严峻，要有效降低发电煤耗、减少二氧化硫和烟尘排放。

CEMS是英文Continuous Emission Monitoring System的缩写,是指对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物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,被称为“烟气连续排放监测系统”。主要监测烟气中SO2、NOx、O2、烟尘的浊度、烟气流量、烟气温度、烟气压力、烟气湿度等,并通过数据采集发送将各类参数实时传输到环境监测主管部门。

我厂CEMS系统由北京中电兴业技术开发有限公司安装设计调试，自2006年投产以来，在长期运行过程中，热工班组通过不断的优化和维护保养，目前各仪表运行比较稳定，能够满足在线连续监测功能。该系统主要由烟气采样处理系统、分析系统、数据采集处理系统组成。下面分别介绍各系统的组成、原理、检修维护方法和后续整改方向：

一、    设备系统简介

1.   烟气采样处理系统：

由于原系统当时经常发生电磁阀和管路泄漏造成参数异常，通过优化取消了自动反吹和自动标定功能，减少了许多中间环节，提高了设备的可靠性。

采样系统主要是对样气通过特定的方法送至分析仪表。主要包括采样探头、滤芯、采样伴热复合管、冷凝器、浮子流量计、采样泵、回流阀、蠕动泵、烟气分析仪等。烟气采样流程为：通过采样探头对烟气进行采样（加热恒温过滤），烟气再通过采样复合管路（恒温加热）到达前置冷凝器进行一级冷凝脱水，接着再进入到采样泵入口（采集样气的动力源，有旁路可调节样气流量的大小），从采样泵出口出来后进入后置冷凝器进行二级脱水，接着进入空气过滤器（对样气进行再次过滤，防止样气带水分进入分析仪表），再进浮子流量计（显示进入分析仪表的样气流量大小），最后进入分析仪的SO2\NOX气室进行分析后排空。

2.   烟气分析系统：

烟气分析系统主要使用德国ABB系列仪表，出入口单独控制，采用非散射红外吸收法、电化学法对烟气中各成分进行分析；

烟气流量和温度采用 KURZ 454FTB热式流量计，利用热损失原理进行测量，该装置防腐性能好；

采用江苏吉纳波电气有限公司生产的HMS535C+阻容式传感器进行烟气湿度测量，利用烟气中水分的含量与电容变化成线性的关系，用高分子薄膜电容湿度敏感元件测量烟气水分。同时用铂电阻温度传感器测量烟气温度，进行温度补偿和伴热，并设有自动控温功能，伴热主要为防止冷凝造成酸腐蚀，防传感器结露；

采用德国杜拉格烟尘浊度仪对出入口烟尘进行测量，主要利用光透射原理，当可控光源穿过带有微小颗粒的气体时，光强度由于吸收和漫射而削弱，使接收光和初始光的比率发生变化，从而可测量出烟气透光度。

3.    数据采集处理系统：

各类数据通过一套PLC系统进行统一数据处理和管理，此系统主要由GE系列CPU卡、通讯卡、AI卡、AO卡、DI卡、DO卡和上位机组成，通过采集现场各设备信号，修正转换为统一单位后，传输给脱硫DCS系统进行监控，同时通过上位机与环保数据采集仪通讯将相关参数以GPRS方式发送至环保监测部门。在CEMS监测站可对相关数据报表进行打印。

二、    CEMS各设备的工作原理及维护要点

1.      采样探头：是用来加热、过滤烟气的，其加热温度一般控制在130-150度，探头内置有陶瓷粉末滤芯，是由来过滤烟气中的杂质，过滤芯需要定期清洗、更换，一般使用弱碱性液体进行浸泡清洗后再用清水清洁并晾干。

2.      采样复合管：在采样管内有电伴热，目的是为了提高烟气温度，使烟气内的水分完全汽化，防止SO2溶入水中，产生测量误差。所以要求温度控制到120-130度左右。在选用伴热管时必须知道其类型，是自限温式还是恒功率式，这样在维护的时候可以方法也就不同，自限温的需要进行温度控制，加热温度一般很高，温度控制系统要保证可靠，防止造成管线烧损，日常维护过程中需要检查两端加热温度是否一致，自限温伴热管一般不会出现中间开路或不加热现象，但在温度计安装时接触探头一定要要与伴热带紧密接触，防止造成测量不准，烧损取样管线；恒功率伴热管日常维护过程中，同样需要监测两端温度，定期需要检查管路中间加热情况，如果发生仪表参数跳变也可能是这一原因。

3.      冷凝器：为防止样气水分进入分析仪，造成气室污染，用冷凝器来脱去采样烟气中的水分的。冷凝器内有两个冷凝罐，我们应该对其进行定期清洁，否则时间一长，冷凝罐会被腐蚀破损，还要关注冷凝器的运行情况，看温度，手摸冷凝管。原设计不锈钢冷凝罐，腐蚀后造成仪表进水，现全部更换为玻璃罐解决了腐蚀的问题，但玻璃太脆容易损坏，在拆装时不能使用蛮力，必要时可使用木制工具拆卸，在冷凝器上还有一个用来控制温度的温控器，当温度低于1℃时不进行冷凝当温度高于4℃时启动冷凝。

4.      采样泵：采集样气的动力源，一般我们需要检查采样泵的接头是否松动泵膜需要定期进行清洗，否则会造成堵塞损坏泵体。采样泵外壳塑料制成，在拆装时掌握好力度，防止接口断裂，同时要定期进行清洗，保持泵出力满足最低流量（1.5L/Min）要求。通过近两年的维护发现采样泵使用寿命最多半年，所以定期更换是必须的。

5.      蠕动泵：冷凝器冷却的水通过蠕动泵排出，一般蠕动泵管容易破裂或脱落，因此我们必须坚持每天检查，并定期更换；蠕动泵电机内有大量的油脂，而环境中的SO2等会与其进行部分反应，造成变质，需要定期拆开用汽油清洗并更换油脂。如果发现蠕动泵管内部冷凝水有回流现象，证明泵管有漏气现象，必须进行处理，防止造成冷凝器失效仪表进水。

6.      分析仪：我厂出、入口的分析仪不一样，出口使用的是ABB的AO2020系列多模块气体分析仪，测量精度高，但零点漂移量大，入口是EL1020系列单模块气体分析仪。气体分析仪我们应该注意在上电前，先不要接气管，让仪表预热一个小时后，再插气管。对分析仪检查时，看分析仪上的指示灯，当黄灯亮时，表明分析仪有故障，可以通过分析仪的提示了解，当红灯亮时，表明分析仪有错误，可以通过分析仪的提示了解。再就是标定分析仪，由于长时间使用，分析仪会发生零点漂移，所以我们要定期校准分析仪，标况下可以每半年校准一次，但因为工作环境差，我厂现每个月校准一次，CEMS房内的空气不流通，温差变化大，对分析仪有一定的影响，所以必须坚持每天巡视，保证空调工作正常。

7.      测尘仪：它是用来测量烟尘的含量的，它有一个信号端和一个反射端，信号端发射可见氖光，光线在穿过烟气时，会被烟气中的灰尘散射、折射而衰减，反射端将光反射回信号端，从而测出烟尘的含量。测尘仪自身配备探头清扫冷却风系统，单独安装有一台风机，在定期巡检时需要检查风机的工作状态，如果长时间不工作，就会造成探头污染甚至损坏，另外要定期更换空滤，防止电机过流。

8.      流量温度仪：热式流量计通过衡功率法进行测量，目前在运行过程中，由于环境湿度大，探头容易结垢，长时间不清理会造成测量偏低，日常定期清理是目前CEMS系统最大的工作量，也是后续需要调研解决的问题。测尘仪安装位置不科学，目前出口已改造为倾斜安装，后续可参照完善入口的安装方式。

9.      湿度仪：主要通过湿度感应芯片完成湿度比较测量，在安装上也不够合理，日常维护也以定期清洗、防腐、更换大小滤芯为主。

三、    CEMS设备的维护及技术管理

1.      校准程序

正常情况下气体分析仪应处于测量状态下，通过NDIR红外法检测烟气中SO2和NOX的浓度。但气体分析仪也需要定期的校准。系统校准分成两部分即零点校准和量程校准：

零点校准（零标）：零点理论上不需要外部干预，当分析仪进入零点气（即空气）校准时，采样泵抽取的是环境空气，但是现实环境空气并不纯净所以我们用完全不含某种组分的气体来进行零标。

量程校准（跨标）：在进行量程校准时，操作人员要进行如下操作：（1）先在仪器屏幕上选择量程校准菜单，（2）再缓慢打开标准气瓶上的减压阀，并观察浮子流量计的指示，调整减压阀，使通入量程气流量在0.8-1升/分钟；（3）如果分析仪读数稳定后的数值与气瓶标定读数误差超过10%，应启动分析仪的校准功能，消除量程漂移；（4）关闭气瓶减压阀。

注意：操作气瓶减压阀时应使输出压力小于0.02Mpa，应避免输出压力过大，防止对预处理装置和分析仪造成损害。

标准气体应定期更换，确保标气在生产有效期内，同时标气在采购过程中一定要张贴生产厂家的合格证，注明日期、标气组份含量等参数。

2.      维护与保养

a)        取样探头：定期进行人工反吹扫，防止滤网堵塞。每三个月检查一次探头过滤器，如滤芯严重堵塞或裂缝请及时清洗或更换。严禁在不安装探头过滤器的情况下使用取样探头。否则将会导致探头及采样管线的严重堵塞，那时的清洗工作会非常困难；严禁在不关断探头加热电源的情况下更换滤芯，以免造成对人体的伤害。

b)        采样管线：通常为免维护，要注意不要使重物体压在管线上，或人员踩踏，以避免内部取样管与加热带精密接触而造成取样管损坏，若取样管损坏，将难以修复，必须更换，当系统在意外的情况下出现取样管堵塞时，建议采用人工的方法对其清洗疏通，同时应保护人身安全及系统设备。每六个月全面清洗一次采样管线，以防止管线的堵塞。如果，烟尘较多应缩短管线清洗的周期。

c)        气体制冷器：气体冷凝器维护量很小，每二个月更换一次安装在致冷器下端的蠕动泵泵管。如果观察到在致冷腔有粉尘物时，可采用人工用水清洗的方法进行处理。

d)        取样泵：当采样气体流量降低时，应检查取样泵膜片。如需要请予以清洗或更换。一般每三个月年检查并更换一次泵膜。

e)        通用过滤器及保护过滤器：当有水汽或粉尘物通过通用过滤器和保护过滤器时，过滤器中的滤芯会阻挡它们。如果保护过滤器滤芯变色较快，应对过滤器前级气路进行检查。原因可能是探头过滤器失效，致冷器工作失常所致。一般每六个月更换一次过滤器滤芯。

f)        气体分析仪器：一般无需日常维护，每一个月可用量程气校准一次仪器，为确保主要分析仪器安全，定期检查冷凝系统工作情况，防止气室进水；定期手动反吹清理管线和陶瓷滤芯。

g)        测尘仪：每三个月擦拭一次镜片，每半年更换一次空滤，大小修期间进行零点检查调整。

h)        在就地设备检修时，首先要切除设备工作电源，断开PLC端子进线，做好绝缘处理，主要为防止检修中可能发生短路、接地现象损坏设备、PLC卡件或通道。

3.      CEMS后台管理

a)        CEMS后台作为数据处理交换的管理中心，在脱硫系统运行过程中，必须保证运行正常。控制后台在每次环保部门比对监测时会随机检查，所以内部参数必须与验收时一直，在日常管理中后台登陆有两级密码保护，防止人员随意修改其参数和设置，另外控制后台要保证工作电源可靠，如果电源中断则数据采集仪无数据上传。

b)        CEMS监测站内在定期检查时要打开窗户通风，内部电子元器件容易受到腐蚀，同时要定期对上位机进行清扫。

四、    CEMS参数的显示与计算

大部分气体检测仪器测得的气体浓度都是体积浓度（ppm）。而按我国规定，特别是环保部门，则要求气体浓度以质量浓度的单位（mg/m3）表示，我们国家的标准规范也都是采用质量浓度单位（mg/m3）表示。

使用质量浓度单位作为空气污染物浓度的表示方法，可以方便计算出污染物的真正量。但质量浓度与检测气体的温度、压力环境条件有关，其数值会随着温度、气压等环境条件的变化而不同，实际测量时就需要同时测定气体的温度和大气压力。而使用体积浓度表示，就不会出现这个问题。所以分析仪表使用都是体积浓度ppm。换算关系式如下：

质量浓度（mg/ m3）=物质分子量（M）/22.4(标准状态下气体的摩尔体积)*体积浓度(ppm)

如：SO2分子量为64，所以1ppm的SO2=64/22.4=2.86 mg/m3。

    NO分子量为30，所以1ppm的SO2=30/22.4=1.34 mg/m3。

NO2分子量为46，所以1ppm的SO2=46/22.4=2.05 mg/m3。

其中：22.4m3是由啊伏加德罗定律得来，在相同压力和温度下，1Kmol的各种气体占有相同的容积均为22.4m3。

五、    待完善的后续工作

1.      湿度仪无法校准，使用周期较长，数据测量不是很准，后续考虑更换新湿度仪。

2.      目前的出入口流量计日常维护量过大，测量数据不稳定。其他电厂用皮托管测量效果也不理想，后续还要通过调研论证考虑是否换型。

3.      CEMS系统维护需要备件较多，像采样泵、蠕动泵、聚四氟乙烯管、采样管、冷凝罐、温控仪等费用较低，都应储备一定库存。