摘要:近年來(lái),火電機組在《火電廠(chǎng)大氣污染物排放標準》(GB13223—2011)的基礎上,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(wèn)題更加明顯和多發(fā)。本文以華北某火電廠(chǎng)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(chǎng)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(diǎn)。采取規范取樣管敷設,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,最終解決反吹后數據跳變的問(wèn)題,保證測量準確,提升脫硫裝置可靠運行度,讓企業(yè)順利拿到超低排放電價(jià),提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
引言
2011年7月國家發(fā)布了火電大氣污染物超低排放國家標準,要求燃煤機組的大氣主要污染物排放標準達到天然氣燃氣機組的排放標準。華北某電廠(chǎng)于2016年新建投產(chǎn),處于京津冀環(huán)保重地,在滿(mǎn)足現行國家排放標準的基礎上,進(jìn)一步自我加壓,實(shí)施更為嚴格的排放標準,見(jiàn)表1:
表1:污染物排放標準數值
煙氣排放連續監測系統(CEMS),是指對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監測并將信息實(shí)時(shí)傳輸到主管部門(mén)的裝置。正常運行的CEMS數據是環(huán)保部門(mén)進(jìn)行超低排放是否達標、排污申報核定、總量控制、排污費征收等環(huán)境管理的依據。在脫硫裝置運行可靠的情況下,SO2濃度能否準確測量,CEMS系統監測數據是否穩定,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)濟效益和企業(yè)的形象直接相關(guān)。
1FGD裝置出口CEMS系統介紹
華北某電廠(chǎng)采用濕法脫硫技術(shù),FGD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量。分析儀為SIEMENS公司ULTRAMAT23。系統結構見(jiàn)圖1:
圖1-出口CEMS系統取樣結構
圖2-取樣探頭由過(guò)濾器
煙氣經(jīng)過(guò)取樣探頭、電加熱采樣管線(xiàn)和冷凝器由取樣泵抽取至分析儀。取樣探頭由過(guò)濾器(碳化硅陶瓷2um孔隙,見(jiàn)圖2)、加熱裝置組成。取樣探頭還設計有一個(gè)可復用的反吹清掃口(用清潔的壓縮空氣吹掃附在管筒過(guò)濾器外表面的浮塵,將其吹掃回煙道)。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(xiàn)均采用加熱方式(溫度:120~140℃),樣氣進(jìn)入分析柜后,通過(guò)兩級壓縮冷凝器對樣氣快速冷凝(溫度+5℃)以滿(mǎn)足分析儀要求。當零點(diǎn)校準時(shí),系統停止取樣,樣氣通路關(guān)閉,標零空氣接通,進(jìn)行零點(diǎn)校準。
2脫硫出口CEMS反吹后SO2數據跳變問(wèn)題描述
01機組脫硫運行一段時(shí)間后,出口CEMS吹掃結束,數據釋放后(吹掃時(shí),CEMS數據自保持)SO2濃度會(huì )跳變,甚至超標(大于35mg/Nm3)的問(wèn)題。但NO、O2濃度數據釋放后,無(wú)跳變。期間通過(guò)提高供漿量和增加漿液循環(huán)泵的運行調整,均不能降低出口SO2濃度。持續10~20分鐘后,出口SO2數值會(huì )慢慢變?yōu)?mg/Nm3,然后調整供漿量和漿液循環(huán)泵運行數量至吹掃前工況,出口SO2數值會(huì )維持在5~10 mg/Nm3之間。問(wèn)題實(shí)例:11月15日17時(shí)33分,01機組脫硫出口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。調整及數值跳變曲線(xiàn)見(jiàn)圖3:(藍色:SO2濃度;粉紅:吹掃信號;綠色:標定信號)
圖3-出口CEMS吹掃后SO2數值跳變曲線(xiàn)
表2:出口CEMS吹掃后SO2數值跳變曲線(xiàn)說(shuō)明
◆期間機組負荷穩定在315MW,入口SO2濃度維持在2720±30 mg/Nm3。
3SO2數據跳變分析
3.1取樣管線(xiàn)、伴熱系統異常因素影響分析
現場(chǎng)檢查伴熱系統運行正常,伴熱溫度維持130℃;對所有接頭檢查后無(wú)脫落、破損情況;取樣系統氣密試驗無(wú)泄漏;SO2數據跳變發(fā)生在CEMS反吹后,且NO、O2濃度值在反吹數據釋放后無(wú)跳變;
因此,可排除系統取樣管線(xiàn)漏氣和伴熱系統異常的影響。
3.2分析儀測量準確性影響分析
3.2.1 分析儀通標氣
出口SO2量程為0~200 mg/Nm3。通入89 mg/Nm3的標氣,測量數值為88 mg/Nm3,測量誤差<5%。
3.2.2 第三方環(huán)保數據比對
2016年12月03日,對FGD出口CEMS進(jìn)行第三方環(huán)保比對試驗,數據見(jiàn)表3:
表3:CEMS環(huán)保比對數據
通過(guò)標氣測量和第三方環(huán)保比對數據,可排除分析儀測量不準確因素。
3.3冷凝器出力效果影響因素分析
現場(chǎng)拔掉1級冷凝器前管線(xiàn),分析儀表的SO2測量值降低不到0;拔掉2級冷凝器后管線(xiàn),分析儀表的SO2測量值可降低至0;用水沖洗1級、2級冷凝器,恢復取樣煙氣測量。2小時(shí)之后重復拔掉1級冷凝器前管線(xiàn)與拔掉2級冷凝器后管線(xiàn),分析儀表的SO2測量值基本均可降低至0。
分析:因冷凝器出力不好,樣氣中的水汽凝結后不能通過(guò)蠕動(dòng)泵排走,水汽就會(huì )凝結在冷凝器中。隨著(zhù)樣氣的持續通入,SO2逐漸溶于水,形成亞硫酸。由于亞硫酸不穩定,當取樣氣中的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,長(cháng)期運行,冷凝器污染物結晶和殘留含高濃度SO2的水份是不可避免的正?,F象。并且該部位對測量的影響效果應是持續疊加的。向冷凝器通入潔凈空氣的零點(diǎn)校準和人工清理冷凝器,都使進(jìn)入分析儀的管路更加干凈。CEMS零點(diǎn)校準和反吹后數據變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖4:(藍色:SO2濃度;粉紅:吹掃信號;綠色:標定信號)
圖4-出口CEMS零點(diǎn)校準和反吹后數據變化曲線(xiàn)
根據曲線(xiàn)可發(fā)現每次的零點(diǎn)校準標定后,CEMS測量的SO2數值是變小的;而每次反吹掃后的,CEMS測量的數值是突變增大的。
因此,可排除冷凝器出力效果不好的因素影響。
3.4現場(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。為防止取樣套管內冷凝水存積,取樣套管需向下傾斜5°安裝?,F場(chǎng)檢查發(fā)現:取樣探頭法蘭水平安裝,未按設計要求向下傾斜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,當探頭反吹時(shí),會(huì )引起反吹前后測量值的變化。
3.4.1 無(wú)影響分析
現場(chǎng)取樣探桿水平安裝,無(wú)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,因此對測量的影響有限。
3.4.2 有影響分析
部分冷凝水浸濕了取樣探頭側的過(guò)濾器,在過(guò)濾器間隙孔上形成水膜,吸收SO2,使測量數據變??;當進(jìn)行探頭反吹后,過(guò)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(guò)提高供漿量和增加漿液循環(huán)泵的運行調整,應該可以將出口SO2濃度降低。
3.4.3 循環(huán)泵敏感性試驗
11月15日19時(shí),對01機脫硫出口CEMS取樣測量進(jìn)行循環(huán)泵啟/停敏感性試驗。過(guò)程機組負荷穩定在315MW,入口SO2濃度維持在2720mg/ mg/Nm3±30),數據曲線(xiàn)見(jiàn)圖5:(紅色:SO2濃度)
圖5:脫硫出口CEMS取樣測量循環(huán)泵啟/停敏感性試驗數據曲線(xiàn)
表4:脫硫出口CEMS取樣測量循環(huán)泵啟/停敏感性試驗數據曲線(xiàn)說(shuō)明
試驗得出:起/停一臺循環(huán)泵對出口SO2濃度的影響會(huì )在4分鐘左右會(huì )體現。但吹掃后,出口SO2數值跳變,通過(guò)提高供漿量和增加漿液循環(huán)泵的運行調整,持續10~20分鐘出口SO2數值都不受干預。
因此,通過(guò)上述有影響、無(wú)影響及循環(huán)泵敏感性試驗數據可排除取樣探頭法蘭未向下傾斜5°安裝因素。
3.5取消吹掃運行數據分析
12月06日CEMS廠(chǎng)家將取樣探頭處壓縮空氣吹掃電磁閥電源斷開(kāi)(只發(fā)吹掃指令,但無(wú)壓縮空氣吹掃)。負荷在175MW至315MW之間運行一段時(shí)間,期間,出口CEMS測量SO2濃度一直可以穩定維持在10 mg/Nm3以?xún)?。無(wú)數據跳變現象,見(jiàn)圖6:(藍色:SO2濃度;粉紅:吹掃信號;綠色:標定信號)
圖6:取樣吹掃電磁閥電源后吹掃/校準變化曲線(xiàn)
4確定SO2數據跳變原因
現場(chǎng)對取樣探頭過(guò)濾器后管線(xiàn)是否存在水汽凝結檢查時(shí)發(fā)現:
(1)CEMS取樣探頭后裸漏在外未絆熱取樣管線(xiàn)較長(cháng)。(2)與取樣探頭連接近段取樣管線(xiàn)內有明顯的成股水。見(jiàn)圖7:
圖7:CEMS取樣探頭外側取樣管線(xiàn)
通過(guò)現場(chǎng)試驗、上述分析及對探頭處的排查,反吹后出口SO2濃度升高同CEMS取樣探頭過(guò)濾器后側存在冷凝水應該有直接關(guān)系。分析如下:運行一段時(shí)間后,在取樣探頭過(guò)濾器后(內)側存在冷凝水,因吸收SO2變成高濃度SO2冷凝水。當進(jìn)行探頭反吹時(shí),將此處的冷凝水吹回到過(guò)濾器上,但未能全部吹入煙道。當低SO2濃度的取樣煙氣通過(guò)時(shí),吸附在過(guò)濾器上的高濃度SO2冷凝水逐漸揮發(fā),釋放出SO2,從而造成測量數值偏高,不受運行干預控制。
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(xiàn)長(cháng)度,保證所有取樣管線(xiàn)均被絆熱電纜包裹,減少取樣探頭過(guò)濾器后的冷凝水存量。(2)根據設計要求,調整取樣探頭向下傾斜5°安裝,減少過(guò)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(guò)優(yōu)化調整吹掃周期和時(shí)間,最大化保證將取樣探頭過(guò)濾器上的冷凝水吹掃干凈。參數調整見(jiàn)表5:
表5:CEMS吹掃優(yōu)化前后時(shí)間參數表
5.2效果
通過(guò)減少過(guò)濾器后側冷凝水積存和提高過(guò)濾器吹掃效果后,每次吹掃后出口SO2濃度波動(dòng)數值在5 mg/Nm3范圍內,運行穩定性和準確性得到很好提升,基本消除反吹后SO2濃度跳變的問(wèn)題。見(jiàn)圖圖8-1、圖8-2:(紅色:SO2濃度;藍色:吹掃信號;綠色:標定信號)
圖8-1:CEMS吹掃參數優(yōu)化后,吹掃后出口SO2濃度變化曲線(xiàn)
圖8-2:CEMS吹掃參數優(yōu)化后,吹掃后出口SO2濃度變化曲線(xiàn)
6總結分析
脫硫超低排放,出口SO2濃度控制比較低,出口CEMS測量SO2濃度穩定性和準確性受取樣系統冷凝水的影響更加明顯突出。通過(guò)對整個(gè)取樣系統分析排查、改進(jìn)和優(yōu)化,經(jīng)長(cháng)時(shí)間連續投運,實(shí)踐證明優(yōu)化后該電廠(chǎng)脫硫出口CEMS測量SO2濃度數值穩定、準確,脫硫裝置可靠運行,企業(yè)順利拿到超低排放電價(jià),提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。
7建議
(1) CEMS系統測點(diǎn)位置嚴格按照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣辦法》(GB/T16157-1996)執行;(2) 現場(chǎng)嚴格按設計要求安裝,廠(chǎng)家規范取樣管路敷設,做好接口處管道伴熱;(3) CEMS廠(chǎng)家需提升煙氣取樣系統的預處理能力,并根據實(shí)際情況優(yōu)化調自動(dòng)吹掃程序。