西門子U23在超低排放中的使用遇到的問題
火電廠超低排放改造后，由于傳統(tǒng)的預處理系統(tǒng)除水不*，西門子U23分析儀因水氣干擾導致出口SO2漂移嚴重,數據頻繁回零或跳變,環(huán)保數據無法正常監(jiān)視，調整，嚴重影響機組安全穩(wěn)定運行.
我司上海湘乾儀器儀表有限公司在中國積累了大量的西門子U23使用用戶，也親臨了無數火電發(fā)電CEMS現場。對現場使用情況十分熟悉，并對現場存在的問題做了仔細研究和探查。
背景
隨著對環(huán)保要求的不斷提高，CEMS分析儀的重要性越來越高，火電廠進行超低排放改造以后，大部分電廠脫硫設備都進行了升級改造，通過提高吸收塔高度，增加噴淋層，提高SCR效率等方式，脫硫效率基本都滿足超低排放標準，但對于小量程的二氧化硫測量，由于改造前未引起足夠重視，CEMS預處理系統(tǒng)未同步改造，導致預處理系統(tǒng)經常出現數據漂移，突變回零現象，給電廠的安全經濟運行帶來很大困擾，可以說預處理系統(tǒng)的可靠性直接影響脫硫系統(tǒng)設備運行的穩(wěn)定性和環(huán)保數據的監(jiān)測和傳輸，直接影響電廠的環(huán)保經濟指標的考核。
設備現狀
西門子U23分析儀采用的是直接抽取式，二氧化硫，氮氧化物采用非分散紅外光譜法原理，氧量采用電化學測量原理，脫硫出口分析儀量程二氧化硫，氮氧化物、氧量量程分別是100mg/m3,100mg/m3，0-25%。
的超低排放標準：在基準氧含量6%條件下，煙塵，二氧化硫，氮氧化物排放濃度分別不高于10，35，50mg/m3,超低排放改造后，為滿足煙氣數據測量，我們更換了小量程分析儀，二氧化硫，氮氧化物由0-500mg/m3更換為100mg/m3。
由于脫硫CEMS預處理未改造，在使用過程中，小量程分析儀經常會產生量程漂移和零點漂移現象(現場很多標零氣直接抽取空氣未處理，導致零點不對），據現場觀察，在冷凝器溫度為3－5℃的情況下，SO2的溶解度非常高，經常導致測不出，數據頻繁回零，為保證分析儀精度，不得已將分析儀零位自標定時間設為1小時，這樣會導致標定前后數據跳變，大可達到20-30mg/m3,如下圖
由于SO2數據頻繁突變或回零，給運行人員操作調整帶來很大困擾，經常會導致脫硫出口SO2數據異常或超標，在對環(huán)保要求日益嚴格的情況下，要求火電廠保證環(huán)保數據正常，不能因脫硫設備故障，超標排放，觸碰環(huán)保紅線，而現狀是經常由于CEMS分析儀問題，導致數據超標，給公司對外形象造成很大的負面影響，同時也面臨昂貴的環(huán)保電價考核。在超低排放改造完，如何保證環(huán)保表計能夠準確，可靠測量，已經成為困擾火電廠增發(fā)電量、保證環(huán)保電價的一大難題，改造迫在眉睫。
原因分析
對于CEMS分析儀數據漂移，數據波動回零，經分析引起數據波動的主要原因為樣氣中帶水，標零氣中帶水，有未除去的水汽進入分析儀，由于西門子U23分析儀SO2測量原理為紅外光譜測量，主要通過測量相關波段紅外線的衰減幅度來測量相應氣體的濃度，此種測量原理水汽干擾對數據的影響非常大。
傳統(tǒng)冷干直抽法，冷凝器除水設定溫度為3-4℃，事實上溫度顯示儀顯示的是熱交換器溫度監(jiān)測點處的溫度，此溫度和出口樣氣溫度是存在差異的。例如冷凝器工作是在正壓或是負壓，樣氣露點有明顯的差別。將出口樣氣顯示溫度當作出口樣氣露點，是技術上的誤解，實際露點約為6-10℃(采用手持式露點儀監(jiān)測)，由于實際露點高，容易造成冷凝水析出。煙氣中易溶性氣體SO2，會溶于冷凝水而生成相應的酸，從而導致目標酸性氣體的濃度測量值比實際值要低，嚴重時因吸收嚴重會發(fā)生SO2*測不出的問題。通過相關研究可知：含SO2煙氣通過一定量冷凝水后,煙氣中SO2的一部分總要被溶解吸收,表現在測量系統(tǒng)的當量響應時間從數分鐘延長到數十分鐘,測量誤差十分嚴重；特別是測量SO2濃度較低且含水量高的煙氣時，測量誤差問題尤為嚴重。例如在170ppmSO2，34.52%水氣組成的模擬煙氣中，SO2損失高達60%。
SO2在不同溫度下在水中的溶解度曲線
上圖為SO2在不同溫度下在水中的溶解度曲線，通過這條曲線可知：隨著溫度的降低，SO2在水中的溶解度逐漸升高，當冷凝器的運行溫度3-5℃范圍時，SO2的溶解度很高，再加之有冷凝器存在勢必析出冷凝水，這樣，SO2在冷凝器中的損失是比較高的。同時由于相應的酸具有較強的腐蝕性，會嚴重腐蝕分析儀的氣室，導致分析儀的損壞，提高了CEMS系統(tǒng)的維護成本和設備更換成本。
經過詳細分析，發(fā)現現有預處理還存在以下問題：
1、探頭未采用加熱型探桿，會導致取樣煙氣在探頭取樣處發(fā)生冷凝，造成SO2被吸收。
2、伴熱管線溫度不夠(現場還有很多用只能加熱到120左右的，建議換了180度或以上），采樣管線過長，有U型轉彎處可能存有積水之類的（建議定期沖洗）CEMS在抽樣氣過程中，煙氣溫度降到一定值時，其中的蒸汽會凝結成水，而SO2能與水反應生成亞硫酸，如果取樣管線中有水，不但會影響測量準確性，而且會嚴重影響儀表的使用壽命，要保證煙氣中的蒸汽不凝結，必須保證溫度在凝結點以上，為了避免取樣管中的蒸汽凝結成水，取樣管都有伴熱裝置，由于伴熱管線距離太長，伴熱溫度還設到以前的120℃，已經不能滿足超低排放改造的要求
3、機柜內伴熱不全，通常伴熱管線只連接到CEMS小屋內的控制機柜，但機柜內有部分樣氣管線沒有伴熱，非常容易發(fā)生冷凝。
4、冷凝器冷凝效果不佳（建議溫度設到2度左右）。
現預處理只有一級過濾，一個蠕動泵，煙氣經過冷凝器降溫過程中，冷凝的水氣不能及時排出，形成預處理的保護過濾器儀表進氣口有掛水現象。
5、標零氣沒有經過處理在室內或室外抽取，造成SO2零點不對，測量不準（建議經過預處理，如果在實測SO2長期在10MG/M3的建議使用高純空氣或使用零氣發(fā)生氣）
6、標零周期太長，或沒有自動標零功能。（建議標零周期為2-4個小時）
建議改造方案
CEMS分析儀數據波動，頻繁回零，主要原因是SO2受水氣干擾比較大，改造目的是要保證預處理除水*，避免SO2溶于水。
針對現場預處理現狀，我們經過了詳細分析，主要做了以下改造建議：
1、更換伴熱質量好，耐高溫的伴熱管線，將伴熱溫度提高到180℃及以上，同時采樣探頭采用全程加熱使探頭，保證樣氣從取樣處到CEMS小室管線中不會有積水。
2、完善機柜內伴熱及保溫，機柜內裸露的樣氣管全部敷設伴熱并用保溫帶包裹好，防止在柜內煙氣冷凝。
3、更換高質量的冷凝器(如加酸），將以前的一級制冷，更換為兩級，同時增加一級蠕動泵，確保冷凝器出水排水暢通。
4、嚴格保證CEMS小室內溫度保持在20℃左右，特別是夏天要保證空調工作正常，現場曾發(fā)生過因空調故障，導致冷凝器制冷效果不佳，脫硫出口SO2數據突變回零現象，處理好空調后故障消失。而且分析儀溫度太高，也容易造成溫漂(可參考分析儀選擇手冊）。
5、增加Nafion滲透干燥器
Nafion管中氣體的遷移是以其對磺酸基的化學親和力為基礎的，由于磺酸基具有很高的親水性，所以Nafion管壁吸收的水份，會從一個磺酸基向另一個磺酸基傳遞，終到達另外一側的管壁，Nafion管在連續(xù)的除濕過程中，只選擇性的去除煙氣中的水份，水氣經過鈉分管進行分離，分離后的水氣，通過接入經過濾、干燥、無油的儀用氣，將水分吹走，保證進入分析儀的數據穩(wěn)定可靠。能及時排出，形成預處理的保護過濾器儀表進氣口有掛水現象。
6、保證標零氣的準確性
自動標零時，自動標零的空氣也很重要，建議經過預處理，因為標零氣含有水氣也會影響SO2零點偏差（因天氣而議，少差三五個，多則大幾十個,如果實測小的可以用使用零氣發(fā)生器，特別小的使用高純空氣）
