火电厂脱硝CEMS系统汇总

火电厂脱硝CEMS系统应用及故障处理
姓名：刘鹏
部门：设备部
专业：热工保护
2013 年9 月15 日
论文摘要
介绍了CEMS系统在火电厂的应用情况及工作原理、构成。

重点对CEMS系统测量参数常见故障进行分析并逐一排查原因，找出发生故障的部件，提出措施，以提高CEMS系统运行的可靠性和准确性，降低故障率。

关键词：CEMS 故障分析处理措施
目录
一、引言----------------------------------------------------------3
二、系统介绍------------------------------------------------------3 （一）工业以太网Modbus TCP/IP介绍--------------------------------3 （二）控制系统介绍------------------------------------------------3 （三）网络结构介绍------------------------------------------------5 三、网络解决方案--------------------------------------------------5 （一）PLC系统配置-------------------------------------------------5 （二）网络的搭建和交换机配置---------------------------------------7（三）服务器和操作站配置-------------------------------------------8（四）软件配置-----------------------------------------------------9四、网络结构优化--------------------------------------------------10（一）网络硬件配置------------------------------------------------10（二）软件系统设计-------------------------------------------------10五、结束语---------------------------------------------------------11
CEMS是英文Continuous Emission Monitoring System的缩写,即“烟气排放连续监测系统”。

它由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统组成。

火电厂脱硫CEMS系统是锅炉脱硫岛的核心设备，承担着脱硫设施安全稳定运行及满足环保要求进行达标排放的在线连续监测任务。

由于CEMS系统的就地测量取样装置直接安装在锅炉脱硫岛的入出口管道上，工作环境恶劣，腐蚀磨损厉害，导致CEMS系统部分测量参数产生波动甚至突变，影响脱硫工艺调整以及脱硫设备的安全稳定运行。

某火电厂总装机容量为1300MW（2×320MW+2×330MW），四台机组全部采用美国DUCON EEC公司的石灰石－石膏湿法脱硫工艺、脱硫装置采用一炉一塔。

CEMS 系统采用北京雪迪龙公司成套产品。

CEMS系统测量参数作为脱硫设备运行的重要指标，必须确保测量参数的稳定和准确，提高数据被环保部门采用的有效性。

1 工作原理及构成
）采样方法为直接抽取加热法。

据不完全统计，1.1 烟气的气体分析（NOx、O
2
在我国已安装的气态污染物CEMS中，直接抽取法大约占70%。

直接抽取法可分为冷-干直接抽取和热-湿直接抽取，冷-干抽取法给出的烟气浓度为干基，热-湿抽取法给出的烟气浓度为湿基。

我国安装的基本为冷-干直接抽取法。

1.2测量原理如下：
NOx测量原理――NRIR 不分光红外法；
测量原理――电化学法；
O
2
流量测量原理――差压法；
温度测量原理――热阻法。

1.3系统构成
CEMS系统由气态污染物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统组成。

气态污染物监测子系统主要用于监测气态污染物NO
等的浓
X
度和排放总量;烟气参数监测子系统主要用来测量烟气流速、烟气温度、烟气压力、烟气含氧量等,用于排放总量的计算和相关浓度折算;数据采集处理与通讯子系统由数据采集器和DAS系统构成,实时采集各项参数,生成各浓度值对应的干基、湿基及折算浓度,生成日、月、年的累积排放量,并将报表实时传输到环保主管部门。

2 气态污染物监测子系统故障分析及处理
2.1故障现象：净烟气吹扫后SO
2参数突变，NO
X
和O
2
测量数据稳定。

从故障现象看，可能是气态污染物烟气采集和预处理系统某个部件工作不稳定引起的。

因此，对可疑部件进行检查和处理。

（1）根据信号的传递关系，首先怀疑模拟量信号隔离器最可能出现工作不稳定。

更换模拟量信号隔离器，此现象依然存在，证明不是由于信号隔离器引起的。

（2）吹扫电磁阀动作频繁，在长期使用中可能出现工作不稳定的现象。

检查电磁阀的阀芯和线圈完好，带电试验电磁阀气密性和通气性能正常，只是线圈温度较高，为75℃。

为谨慎起见，更换了吹扫电磁阀后进行吹扫试验，可故障现象依然存在。

（3）对分析仪通空气，表计显示：O
2测量值为21％左右，SO
2
和NO测量值
均为零；通SO
2
浓度为480PPm标准气，分析仪显示数值同标准气体一致，说明
分析仪工作也是正常的。

（4）PLC模拟量扩展模块工作不正常，导致信号干扰也会引起测量参数的突变。

更换扩展模块，并重新接线后进行试验，故障仍然存在。

（5）就地采样探头加热温度设置在理论值120℃，由于湿法脱硫烟气湿度
较大，烟气中的SO
2
会不同程度的溶解在冷凝水中。

怀疑探头加热温度理论设计的偏低，调高探头温度到180℃，故障现象基本消失。

说明原给定探头加热温度
在湿法脱硫中不足以克服烟气的冷凝水，吹扫后冷凝水被吹掉，不再吸收SO
2
，导致参数变化。

探头温度提高后，探头部位无冷凝水形成，问题得以解决。

这可
从SO
2和H
2
O的吸收图关系曲线得到印证。

SO
2：7.3μm，NO：5.3μm;气室温度压力恒定;H
2
O、CO
2
影响。

2.2故障现象：原烟气SO 2瞬间增大一倍或几倍，脱硫效率大幅波动。

此故障出现偶然性较大，故障现象无规律可寻。

（1）首先怀疑分析仪可能存在故障，在分析仪气体排出管上再接一台备用仪器进行监视。

用空气对两台表计校零，用2398PPm 的SO 2标气校验量程，表计
均合格。

当测量值瞬间波动时，两台表均出现此现象，说明表计正常。

（2）将就地采样探头温度调高到180℃，管线伴热调高到160℃，并对管线和就地采样探头进行吹扫，观察故障现象依然存在。

（3）预处理机柜的气路若存在漏气或堵塞也可能发生测量参数的突变，仔细检查气路严密，无漏气或堵塞现象。

（4）测量管线伴热电阻，发现其阻值偏低，与计算值差别较大，延采样管线检查，发现一段管线温度较低，伴热不工作，对该段管线伴热进行处理，恢复其伴热功能，由于SDL 公司采样管线伴热采取并联方式，可能会出现某段管线热阻故障的现象，观察一段时间，故障现象消失，说明管线伴热不良，烟气冷凝水干扰测量参数的大幅波动，管线的平面图如下：
2.3 故障现象：预处理机柜过滤器有水汽，过滤器滤芯发黄或表面附着脏物
（1）烟气预处理机柜的除水设备是整个烟气预处理的核心，除水效果不良，冷却压缩机工作性能差，若冷腔温度超过5℃或低于1℃，高温烟气瞬间不能冷却，烟气携带水份进入过滤器，析出在玻璃壁内。

（2）检查蠕动泵泵管是否老化产生裂纹，蠕动泵转速是否不均匀、平稳，是否有杂音，导致冷凝水无法从管路中不断排出，随烟气流动。

若泵管老化变形，及时进行更换。

（3）储液瓶中的冷凝水超过三分之二要及时倾倒。

液位过高会导致蠕动泵
电拌热带
排水困难，冷凝水倒流回过滤器。

2.4 故障现象：样气流量低
很多原因都会导致样气流量低，在气路完好的前提下，采样管线堵塞和采样泵工作不正常是主要原因，应对其进行检查。

同时还应做系统气密性检查。

（1）旁路阀门开度过大，导致气体流量过低，对旁路阀门开度进行调整。

（2）检查疏水过滤器是否堵塞，疏水过滤器本身对于样气而言阻力较大。

长时间运行后，由于灰尘以及水汽作用，阻力过大导致流量不能保证，可暂时将疏水过滤器去掉，确定其是否堵塞。

（3）采样管路堵塞，检查采样管线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亲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，建议采用压缩空气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。

（4）当采样气体流量降低时，应检查调节针阀和取样泵膜片，长时间运行后，由于气体腐蚀以及结垢，会导致取样泵内气路堵塞，或者取样泵膜片磨损。

需要清洗或更换。

（5）探头过滤器堵塞。

可采用压缩空气对其进行吹扫清洗（拆卸后由滤芯外侧向内侧吹扫）。

如滤芯严重堵塞或裂缝及时更换。

建议每6个月检查一次。

2.5 故障现象：SO
2、NO
X
浓度偏低，O
2
浓度偏高或者不变。

出现此种故障，一般是由于管路气密性不严，空气漏入导致。

同时对气体分
析仪器量程进行标定。

（1）出、入口O
2
测量值一般小于9%。

比对二者差值，如果差别比较大（1％以上），则需要检查采样管路的气密性，查看接头是否存在漏气，管路是否破损，采样探头电磁阀门是否漏气。

（2）检查管路中是否有积水，管壁是否有水珠，尤其是冷凝器出、入口管段。

检查采样管线是否有弯曲以及伴热是否良好。

怀疑管路中有水，可以采用
99％的N
2
进行吹扫。

（3）对气体分析仪器进行零点和量程校准。

（4）将旁路调节阀开到最大，堵住进气管路，检查机柜管路的气密性，若流量接近零，说明机柜管路气密性良好。

反之表明机柜管路存在漏气，逐一排查。

2.6 其它故障现象
（1）保护过滤器积尘多：积尘多主要原因是探头过滤器损坏，应及时检查清洗或更换。

（2）当有水汽或粉尘物通过保护过滤器时，保护过滤器中的滤芯会变色。

这时滤芯应予以更换。

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，制冷器工作失常所致。

建议每六个月更换一次保护过滤器滤芯。

（3）制冷器后管路有水汽：应检查致冷器及蠕动泵。

尤其要检查蠕动泵泵管，如泵管不在正常位置时应及时调整，如泵管损坏应及时更换。

（4）如果观察到在制冷腔有粉尘物时，可采用人工用水清洗的方法进行处理。

避免影响制冷效果。

（5）电磁阀一般情况下是免维护的。

如有问题时，检查电磁阀滑杆。

可以用酒精清洗滑杆挡头以保证密封性。

建议每三年更换一次电磁阀。

（6）气体分析仪器MODEL 1080必须设置为自动校准，每月进行量程校准，标准气必须在有效期内，且压力要大于1MPa。

（7）氧电池：氧电池的使用寿命至少在两年以上。

在分析仪的状态提示功能中可以提示更换氧电池。

3 颗粒物监测子系统的故障分析及处理
3.1 测尘仪光学窗口镜片受到污染
因为测尘仪安装在微负压的烟气中，它的光学窗口镜片会受到烟气污染，为了防止烟气污染镜片应进行吹扫，定期擦拭镜面。

3.2 抽取测量法CEMS测尘仪的保护风机不需维护。

但应每周检查风机箱的完好情况，保护风机吹扫风的正常提供对测尘仪是非常重要的。

风机过滤器应每月清洗，其内部滤芯应更换的频率依据风机安装处的空气条件而定。

3.3 火电厂湿法脱硫装置后未安装烟气 GGH（气-气换热器）的烟道内，由于水份的干扰，颗粒物无法准确测定其浓度，颗粒物 CEMS 可安装在脱硫装置前的管段中，其实际排放浓度值的要按HJ/T75-2007标准K=G1/G2进行计算。

3.4 CEMS安装位置前直管段的长度必须大于安装位置后直管段的长度，且前直管段不小于4倍烟道直径，后直管段不小于2倍烟道直径；当后直管段不能满足
2倍烟道直径时，离烟气排气口距离应不小于1/2烟道直径。

当CEMS的安装位置不满足前4后2的安装条件时，则要考虑采取手工监测的方法，求得速度场系数，以弥补安装位置不足的缺陷。

3.5 CEMS安装位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位，没有水滴和水雾。

优先选择烟道负压区域，且所处位置的烟气流速应大于5m/s。

如果CEMS安装在正压烟道区域时，则要加大采样头和皮托管的清洗反吹频次，因为正压烟道容易堵塞采样头和皮托管。

由于皮托管监测烟气流速的测量范围为5--35m/s，因此CEMS安装选点时，应考虑所处位置的烟气流速应大于5m/s。

在矩形烟道中，CEMS的安装位置越高，烟气流速越大。

4 防范措施
针对以上故障原因的分析及处理，在定期检查维护中应采取以下防范措施可以有效避免类似故障的发生：
4.1 日常维护
4.2 定期维护
5 结束语
CEMS系统维护的关键在于对参数的变化进行有效的分析，数据整理，跟踪参数趋线的变化轨迹。

正确、及时地处理出现的各种故障，积极、认真地进行日常和定期维护，是整个CEMS系统长久稳定运行的基础。