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朱  珂 （1978-）
男，工程師，2002年畢業于鄭州大學， 研究方向為電廠熱控系統。

摘要：本文針對目前電廠脫硫煙氣連續排放監測系統（CEMS）中SO2數據周期性波動，通過對歷史數據曲線分析排查，發現取樣探頭溫控儀故障導致取樣探頭加熱器無法加熱，煙氣中水分遇冷凝結在管壁，管壁中的水分平時吸收煙氣中的SO2 ，導致測量值偏低，待水珠匯聚變大流入下面帶加熱的取樣管中后，水中溶解SO2的集中釋放，導致數據在短期急劇上升，蒸發釋放完后回歸到原來的水平，形成這樣一個周期性吸收和集中釋放的過程。可見煙氣取樣管道溫度保護環節在煙氣測量中的作用非常重要。

關鍵詞：SO2數據周期性異常；溫控儀；周期性吸收和集中釋放；取樣管道溫度保護

Abstract: This paper aims at analyzing the cyclical fluctuations of the SO2 data in flue
 gas desulfurization Continuous Emission Monitoring System (CEMS) in the current power 
plant. By thoroughly investigating the historical data,, authors find that the fault of 
sampling probe temperature controller may lead to the hearing failure of sampling probe 
heater, so that water vapor in flue gas, which normally absorbs SO2, condenses in the wall,
 which results in the low measured value. When the water in the wall grows larger and larger
, and becomes the  small currents, it will go to the following tube with heating. Meanwhile,
 the SO2 dissolved in the water is released, which results in data sharp rise in the short 
term. The data will return the original level after SO2 is released, which forms a cyclical
 process of uptake and concentration. Therefore, protection of flue gas sampling tubes plays
 a very important role in temperature measurement.

Key words: Cyclical abnormal of SO2 data; Temperature Controller; cyclical process of 
uptake and concentration; temperature protect sectors of sampling tubes

1 引言

    陜西省轄區內燃煤發電機組已于2008年1月底前安裝煙氣在線監測裝置，并同時與陜西省環保局聯網，經環保局驗收合格執行脫硫電價（每度電1.5分），結算規定脫硫設施投運率在90%以上，電力公司對脫硫設施停運時間發電量不執行脫硫電價；脫硫設施投運率在80%-90%，所有發電量不執行脫硫電價，并處一倍罰款；脫硫設施投運率低于80%，所有發電量不執行脫硫電價并處5倍罰款；環保部門和電監部門發現煙氣排放不達標、脫硫效率達不到80%或通過旁路排放煙氣、故意修改在線監測數據的按照當年全部電量扣除脫硫電價。作為目前衡量脫硫投運率的關鍵參數原煙氣SO₂ 、凈煙氣SO₂ 含量準確與否直接關系到企業脫硫電價執行情況，關系到企業全年經濟效益。

    陜西國華錦界能源有限責任公司地處陜西北部，高原氣候條件表現為晝夜溫差大，寒冷氣候較多，對脫硫煙氣連續監測系統（CEMS）運行是一個嚴峻考驗，從2008年9月開始，錦界#3機組原煙氣分析儀中SO₂ 數據比其它幾臺機組偏低50~150mg/m3 ，且每次間隔3天到10天就出現一次數據快速飆升后緩慢回落，峰值高達3500 mg/m3 ，后又回落到原來的水平，每次持續時間大約1個小時，通過對儀表的全面檢測校驗未發現任何異常。

2 系統介紹

    陜西國華錦界能源有限公司煙氣分析儀系統采用廈門華電環保工程公司成套組裝產品，分析氣體SO₂ 含量的煙氣分析儀主機進口德國BUHLER公司BA-5000分析儀，其他附屬采樣設備均為廈門華電公司集成，設備運行可靠性不高，煙氣取樣伴熱管路經常發生某一段不能加熱的現象。由于該公司對北方市場很少涉及，技術人員對北方低溫環境下儀表的運行設置缺乏經驗，伴熱管和煙氣取樣探頭的溫度設置均設置在80℃，一旦煙氣中的水分飽和就極容易造成水汽凝結在取樣管路的管壁上，煙氣中含有的灰塵遇水粘附在管壁，慢慢積聚，最終導致管路堵塞，同時含有腐蝕性氣體的濕氣極易造成取樣閥門的腐蝕漏氣。后經技術人員維護后才發現此問題并糾正過來，之前出現的煙氣分析儀取樣管堵塞缺陷才得以解決。

    煙氣取樣管路安裝示意如圖1所示，煙氣取樣探頭安裝在煙道壁上，外壁有加熱器環繞，加熱器內裝有溫度探頭，溫度控制由就地控制柜內的溫控儀控制，煙氣取樣管連接取樣探頭，管外附伴熱管。樣氣通過煙氣分析室內抽氣泵把氣樣從煙道中通過煙氣取樣探頭和煙氣取樣管抽到煙氣分析室來，處理后進入分析儀得出SO₂ 含量。伴熱管和加熱器的作用就是防止煙氣中的水分在管壁凝結。

3 異常描述

    2008年9月以來，3#機組原煙氣SO₂ 數據偏低，同樣的機組、同樣的負荷和同樣的煤質，其它原煙氣測量結果一般在800 mg/m3 左右，而這臺儀表測量數據只有650-750 mg/m3 之間 ，幾次用標準氣體檢測儀表沒有發現任何問題，校驗數據見表1。

                                   表1

指標 檢測參數	檢測氣體	實際檢測結果	檢測標準氣體	實際檢測結果
SO2	空氣（零點）	0．89 mg/m3	1534 mg/m3（滿度）	1528 mg/m3
O2	空氣（滿度）	20.8%	高純氮氣（零點）	0.1%

    SO₂ 含量異常間隔10天一個周期，最后慢慢發展到三四天就出現一次數據異常峰值升高，尖峰能達到3560 mg/m3，大約1小時后慢慢又恢復到原來水平，數據異常升高期間用標準氣體通入檢測儀表也正常，更換儀表后故障還是沒有解決，而氧含量指標一直正常。歷史曲線如圖2所示。

    核心提示：

    a) 運行機組未出現任何異常，所測參數是原煙氣SO₂ ，跟脫硫系統運行方式沒有關系；

    b) 機組燃用錦界煤礦的原煤，原煤直接從輸煤皮帶進入各臺機組原煤倉，不存混煤配煤造成的含硫量差異；

    c) 2008年9月以來，氣溫逐月下降，晝夜溫差大，夜間最低氣溫達到-8℃,白天溫度從18℃降到10℃。

                                   圖2   歷史曲線圖

4 事故分析與處理

    從上面的情況來看，出現這種問題確實讓人難以理解，在公司幾年的維護經驗中沒有這方面的案例，廠家技術人員反映從未發現過類似現象，無法對癥下藥，查遍所有產品技術資料也沒有相關的論述，問題只有通過排查法來研究分析。

思考1：煙氣分析儀出現故障？

    用校準用的SO₂ 標準氣體檢測正常，甚至更換儀表也出現同樣的情況，儀表本身出現問題的可能性基本排除。

思考2：取樣污染？

    取樣探頭是不銹鋼材質，取樣管是聚四氟乙烯管，都是化學穩定性和耐溫特性方面很好的材質。所以取樣探頭和取樣管受熱或受煙氣腐蝕釋放不明氣體的可能性微乎其微。

思考3：取樣管路有泄漏？

    如果取樣管路有泄漏，平時數據偏低可以解釋，因為抽氣泵在煙氣室內安裝，管路內是負壓，空氣有可能微量滲入，但氧氣指標正常無法解釋，因為泄漏必然會使氧的數據增高，而且周期性的數據突升現象更是解釋不了，取樣管漏氣這個因素也基本排除。

思考4：事情到此，似乎沒有別的解釋了，問題到底出在哪?

    分析這臺儀表的的歷史數據曲線圖，截取一個一個周期數據來分析，平時煙氣分析儀SO₂ 測量值低于煙氣SO₂ 實際含量，而后每隔數天SO₂ 含量又出現一個小時的波峰，平時低的數據與周期性升高的數據相加再平均，得出的平均值大概就是700~780 mg/m3左右，接近其他三臺機組的測量平均值，此數據表明：樣氣中SO₂ 總含量沒變，那又是什么原因造成這個積累和釋放的過程呢？

    經過分析得出的一個假設性結論：煙氣中含的水分一定在管路的某個地方凝結了，這樣溶解吸收煙氣中SO₂ 形成亞硫酸，方程式為

    SO₂+H₂O＝H₂SO₃

    此化學方程式為可逆方程式，當凝結在管壁上的水珠慢慢增多，便匯聚成一滴流向下方有伴熱管加熱的區域開始蒸發，亞硫酸遇伴熱帶加熱發生可逆反應，分解形成SO₂ 和水集中釋放出來，形成煙氣分析儀表SO2 數據的異常數據高峰，待蒸發完后，數據又可以恢復原數值，這樣周而復始；因為煙氣在線監測系統運行相對穩定，煙氣中的水分視氣候變化和本身含量影響，當天氣一天天變冷，晝夜溫差變大，凝結在取樣管管壁上水珠的周期也相應縮短，管壁上水珠周期性的吸收和釋放最終造成煙氣分析儀SO₂ 數據周期性異常波動。 

思考5：煙氣分析儀表架上溫控儀顯示的取樣管路的伴熱溫度120℃，高于100℃，伴熱正常，假設發生的化學逆變發生在哪個環節？

    溫度探頭反映的是處于加熱正常的取樣管區域溫度，加之，以前廈門華電生產的煙氣取樣管質量較差，曾損壞過幾次，為了排除這個疑慮，維護人員把整個取樣管路勘察了一遍，發現煙氣分析室內的一段大約1米長的地方的伴熱管損壞外，其它區域都正常，但是由于室內恒溫25℃，在這里煙氣冷卻凝結成水珠的可能性不大；進一步重點勘察室外處于低溫環境下的取樣管路，發現煙氣取樣探頭處溫度低，打開取樣探頭內測壁用濾紙擦拭，濾紙濕潤，控制加熱電源線電流偏低，診斷為溫控儀壞，更換溫控儀后，儀表數據恢復正常。至此，問題終于得以完美解決，同時也驗證了上面的假設是正確的。

5 結論

    從上述異常分析來看，煙氣取樣過程中取樣管的加熱溫度設置至關重要，但是大部分電廠煙氣監測系統維護人員并沒有認識到這一點，盲目認為把煙氣抽進煙氣分析儀就可以了，多數儀表成套廠家技術人員對這方面的認識也不深，培訓很少涉及到這方面的內容，技術資料一般除了接線圖和分析儀本身的說明書外，沒有相關的資料涉及取樣管溫度方面的說明，尤其是在北方寒冷地區，外界溫度非常低，伴熱溫度保護一旦出現問題，不單會造成取樣管路堵塞、帶腐蝕性的濕氣腐蝕取樣中的閥門造成漏氣，而且還會會形成這樣一個周期性吸收和集中釋放SO₂ 的過程，造成SO₂ 測量數據的周期性異常，導致無法正確衡量機組的脫硫效率。通過這個案例再次體現煙氣系統中取樣管溫度保護的重要意義。

其他作者：曾振興（1977-），男， 2000年畢業于北京林業大學，研究方向為電廠分析儀表制造和應用研究。