石油化工行业氨法脱硫烟气在线监测系统的应用探讨

崔 伟

（中国石油 乌鲁木齐石化分公司，乌鲁木齐 830019）

乌鲁木齐石化公司化肥厂脱硫装置在线烟气监测系统（CEMS），是由北京雪迪龙公司生产的SCS900 系列分析测量系统，整个系统主要由取样装置、分析系统、过程控制系统、在线传输系统等构成。取样装置的取样管线应自上而下倾斜敷设，不能打死弯或者出现U 型弯，防止管内积水或者其他污物。电缆应该与伴热取样管分开或者隔有一定的距离，防止过热引起线路问题，另外伴热管的总长度不要超过70m，否则取样泵的抽力有可能满足不了分析仪的要求[1]。

1 装置构成及认识

一套完整的脱硫在线分析系统是由4 部分组成：颗粒物测量仪、烟气参数测量子系统（包括：温度测量仪、压力测量仪、流量测量仪、湿度测量仪、氧测量仪或二氧化碳测量仪），气体污染物CEMS（SO2、NOX、O2）、数据采集及控制系统。

烟气脱硫工程配备的CEMS 主要用于测量烟气脱硫工程前（原烟气），后（净烟气）的污染物含量。为了对比，必须将测量结果折算成标态的干烟气。所以，除测量污染物含量外，还要测量温度、湿度、压力和含氧量。测量的准确性对烟气脱硫装备的效率是很重要的。

烟气在烟道中流动，必须通过取样才能进入分析仪，气态污染物CEMS 取样分为3 种方式：稀释抽取法、直接抽取法、直接测量法。其中，稀释抽取法不适合低浓度测量稀释气，质量要求较高，湿基测量。直接测量法受温度和振动的影响很大，上述两种取样方法在现场很少使用，大多采用直接抽取法，将此方法做详细介绍：直接抽取法又可分为冷、干直接抽取和热、湿直接抽取，国内安装的基本为冷干直接抽取法，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。取样管线需要自限温和恒功率伴热保温，最长不超过70m，由上至下至少倾斜5°，直接抽取法的主要优点是便于探头校准、中间校准、分析仪校准，便于扩展，主要缺点是安装、调试和操作需要更多的经验。直接抽取法的误差主要来自：①烟气浓度分层；②探头堵塞；③取样系统泄漏；④管线吸附；⑤冷凝水吸收。

2 系统性能及特点

含尘量测定仪一般为现场测量仪表，直接安装在烟道上，窗口与烟道接触，若没有清洗气体保护，窗口必然被污染，使测量结果不正确。不仅如此，只要含尘量测定仪安装在烟道上，清洗气体就不能停止。因此吹扫系统必须很可靠，并有故障报警，整个取样系统在使用前最主要的是要进行管线的气密性检查，检查前先将所有接头螺帽拧紧，泵前气密性检查：将针阀顺时针旋到底（关死旁路），堵死截止阀上端的进气口，看仪表上浮子流量计，若是降到最低端并静止不动，则气密性良好，否则系统可能漏气，应逐一检查各接头密封性，泵后气密性检查（小心慎重操作）[2]。

3 应用探讨

整个取样过程中冷却系统是至关重要的，通过两级冷却，将样品气中的水分冷凝排出取样系统，排水管必须接到储液桶里并保持管路排水畅通，伸进储液桶的机柜排气管不能过深，防止被废液漫过。由储液桶引出的排气管必须引到室外，穿墙及室外部分应缠到取样管上，利用取样管的伴热保证排气管有一定的温度，防止冬天管内结冰堵死排气管。制冷器最常见的故障有：制冷剂泄漏、温控器问题、温度传感器问题、风扇问题、压缩机问题、散热器灰尘多、散热不好、线路板插接件接触不实(多发生于BUHLER 进口制冷器)、加热片一直加热或者一直不加热。

表1 颗粒物的测量（光电透射法、光闪烁、光散射法、β射线法、电荷法）Table 1 Measurement of particles (photoelectric transmission method, light scintillation, light scattering method, β - ray method, charge method)

对烟气污染物的监测必须有可对比性，因此需要将污染物的测量结果折算成标态干物质数量。单位是mg/Nm3。折算过程需要引进温度、压力、湿度、含氧量的数值。同时，还必须计算出总量，供环境保护部门参考。流量测量是为计算总量服务的。

烟气中水分含量的测量有红外吸收法和氧差法，红外吸收法如果用现场安装型仪器，成本很高。若采用热测量技术监测系统，则成本增加不多，而测量精度大大提高。但热测量技术监测系统总的成本较高，最适合于复杂的烟气监测（例如拉圾焚烧或脱氮处理厂）。

氧差法是通过测量烟道中的湿基氧含量和脱水处理后的干基氧，通过计算得到湿度值。如果水含量较小，或取样管路有微漏，测量误差很大。

标准中也允许通过定期标定作为常数输入排放烟气连续监测系统的数据处理子系统中，一般每半年标定一次。如果煤质发生重大变化，需及时标定。

测量湿度的方法很多，如电容法、干湿球法、中子法、湿敏元件法等，但是因为烟气的特殊环境（含尘量高，腐蚀性气体），不能长期使用。

分析测量部分是CEMS 系统的最重要部分，仪表的测量原理是：不分散红外吸收法，气体的特征吸收波长：SO2吸收的红外波长7.3μm，NO 吸收的红外波长5.3μm。测量氧气的原理是电化学法。

仪表的常见故障以雪迪龙生产仪表为例,当仪表测量出现******时，处理方法如下：

1）进入分析仪状态菜单，查看故障日志。

2）一直按Enter 键，把故障消除掉，退出再进入就能看到无法消除的故障，然后根据故障原因，再进行处理[3]。

3）进入仪表菜单检查仪器诊断

通过7 个月的运行，发现该CEMS 系统存在一些问题，主要有：仪器在进行反吹的时候，会造成SO2含量突然升高，针对这一问题，与生产厂家维修人员在现场共同摸索、研究，发现在反吹过程中，取样管线中的样品气被急剧压缩，造成单位体积内的SO2突然升高，由于取样管线比较长，设定时间内无法置换出被压缩的样品气，在现场做实验，将被压缩的样品气也引入另外一台分析仪，实时观察吹扫过程中SO2浓度的变化，在吹扫过程中，仪器不显示当前SO2含量，通过实验，确定在吹扫过程中，SO2浓度发生了很大变化，根据这一情况，增加了旁路排放，同时加大抽吸泵的排量，尽量在设定时间内将被压缩的样品气排出，同时尽可能增加气体置换时间。为了彻底解决样品气被压缩的问题，在取样过滤器出口安装一个电磁阀，由程序控制，吹扫开始后，电磁阀关闭，使样品气不进入取样管线，彻底切断样品气，在使用了一段时间后，效果很好。

另一个问题是，整个系统的样品气冷凝液排放在室内的一个废液回收桶里，冷凝液在排放的过程中会夹带样品气，这样会使样品气泄漏在分析房中，仪器在执行自动标定的时候，会抽取分析房中的气体来进行零点标定，这样，就会使零点的标定出现问题，错把含有样品气的空气当做洁净的空气，使零点偏低，造成分析仪测量出现偏差，目前已经将所有的排放管线和冷凝液的排放都排在了分析室外，排除这些干扰，同时加大分析小屋风机的置换能力，使风量最大，保证分析室内充满洁净的空气，同时引仪表风进入分析小屋，保证小屋正压吹扫，从根本上解决这个由于泄漏产生的问题。

在使用过程中针对目前现场的实际工况，对仪表的全面运行数据进行了收集，同时和工艺车间一同对如何调整工况进行了探讨，并且在现场做了大量实验，根据加氨水量的多少，控制SO2浓度在一定的范围，通过实验逐渐摸索出了一些规律。同时加入氨水后，在多长时间后，SO2含量发生变化，在长时间、多次同工艺车间实际操作和记录结果分析，最后总结出在加入氨水大约1.5h 后，样品气中的SO2浓度会发生变化。针对氨水加入量的多少，调节出口SO2浓度，在大量的实际操作和比对试验中，目前已基本掌握了氨水加入量、反应时间和出口SO2浓度的关系。同时将分析小屋由地面移至25m 高框架处，使取样管线大为缩短，现在只有50m，只有原来的一半，分析滞后和置换不干净都得到了彻底的消除。

另外在运行过程中还总结出了一些维护经验，取样过滤器在连续使用1 个月后需要进行清理，否则会引起取样流量变小，当流量小于0.5L/min 时，分析仪会自动停止运行，在连续运行3 个月后要对保护过滤器进行清洗，否则同样会造成取样流量变小，造成和上面一样的结果。

4 结束语

通过以上的经验总结和实际工作中的革新应用，彻底消除了系统自动反吹后SO2发生突变的情况，提高了烟气监测系统的长周期平稳运行。