盧毓東， 謝宏海， 陸建偉

（1.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院， 杭州 310014；2.河北省邯鄲峰峰礦區(qū)供電公司， 河北 邯鄲 056200）

煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常的分析及處理

盧毓東1， 謝宏海2， 陸建偉1

（1.浙江省電力公司電力科學(xué)研究院， 杭州 310014；2.河北省邯鄲峰峰礦區(qū)供電公司， 河北 邯鄲 056200）

以北侖發(fā)電廠 6 號機(jī)組的煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常為例， 分析了 SO2數(shù)據(jù)異常的特征， 提出了故障分析與診斷方法， 得出了 SO2數(shù)據(jù)異常的最終原因是紅外氣體分析儀內(nèi)部軟件 CO 過補(bǔ)償所致的結(jié)論，成功解決了困擾一年多的測量難題。

CEMS； SO2； 突變至零； 交叉干擾

0 引言

火力發(fā)電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS，Continuous Emission Monitoring Systems）已 和各 地環(huán)保部門在線監(jiān)控平臺聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)測數(shù)據(jù)已成為排污申報核定、總量控制、排污費(fèi)征收等環(huán)境管理的依據(jù)， CEMS數(shù)據(jù)的真實(shí)、 可靠不僅是發(fā)電廠脫硫、脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障，也成為電力企業(yè)取得脫硫、脫硝電價等經(jīng)濟(jì)效益的重要依據(jù)。

由于受測量原理、制造水平、安裝質(zhì)量、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、 維護(hù)成本等多方面因素影響，CEMS不同于常規(guī)儀器儀表，故障復(fù)雜多變，同類異?，F(xiàn)像往往有多種可能的因素造成，故障診斷難度較大。以國電浙江北侖第三發(fā)電有限公司6號機(jī)組 CEMS 數(shù)據(jù)異常的處理過程為例， 對影響CEMS數(shù)據(jù)可靠性的多種因素進(jìn)行了分析， 提出了相關(guān)異常的分析與試驗(yàn)方法， 并找出了 SO2數(shù)據(jù)異常的最終原因。

1 CEMS數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象

北侖發(fā)電廠 6號機(jī)組 CEMS采用德國西門子公 司 Ultra23 紅 外 氣 體 分 析 儀 ，配 有 SO2，CO，O2， NOX氣體分析模塊， 煙氣經(jīng)采樣探頭、 伴熱管線從煙囪 40m 平臺引入 CEMS 分析儀進(jìn)行測量。

2010 年，該機(jī)組 CEMS 多次出現(xiàn) SO2值突變?yōu)榱愕默F(xiàn)象，典型異常過程如圖1所示，異常特征表現(xiàn)為：

（1）SO2值有衰減至零和突變至零 2 種異常情況， SO2值瞬間至零出現(xiàn)前往往先出現(xiàn)濃度衰減至零的情況。

（2）CO 值與 SO2值呈負(fù)相關(guān)， 如圖1 所示， 即CO 濃度飚升時， SO2值隨之降低， 反之亦然。

（3）CO 值的波峰（谷）總是對應(yīng) SO2值的波谷（峰）， 即使突升突降時， 兩者也總是反向?qū)?yīng)， 步調(diào)高度一致。

2 CEMS測量原理及干擾分析

2.1 紅外氣體分析儀基本原理和干擾分析

西門子 Ultra23 型紅外氣體分析儀（以下簡稱Ultra23） 采 用 非 分 散 紅 外 發(fā) 射 吸 收 原 理 ， 依 據(jù) 所測氣體對不同波長紅外線衰減程度不同的原理進(jìn)行氣體濃度測量。

檢測器為單光源、單氣室的單光路結(jié)構(gòu)，將多檢測器串聯(lián)構(gòu)成多組份分析器，實(shí)現(xiàn)多組份測量。但工程應(yīng)用中背景氣體往往十分復(fù)雜，雖然每種氣體都有各自對應(yīng)的吸收波長，但吸收峰也存在交叉重疊，多組份分析儀中各個組份之間可能存在干擾影響。表1為常見氣體的特征吸收波長，圖2為煙氣中部分氣體的紅外吸收光譜圖。

表1 常見氣體的特征吸收波長μm

由圖2 可知， NO 選擇吸收的波段為 5.1～5.3 μm， CO 為 4.5 ～4.7 μm，SO2為 7.25 ～7.62 μm，CO 與 SO2的吸收峰相距較遠(yuǎn)， 為正向干擾，干擾幅度較小。 而 H2O（汽）在 1～9 μm 波長范圍內(nèi)幾乎有連續(xù)的吸收帶，是影響氣體濃度測量的主要干擾組份， 如果不作任何處理， H2O（汽）對煙氣中CO， SO2， NOX的測量結(jié)果都會帶來很大影響。

圖2 煙氣中部分氣體物質(zhì)的紅外吸收光譜

工程應(yīng)用中必須考慮各氣體組份相互干擾對測量的影響，并通過各種方法消除或減小這些影響，通常采用以下方法處理：

（1）對煙氣進(jìn)行預(yù)處理， 通過物理或化學(xué)方法除去干擾組份， 如煙氣通過冷凝器以減小 H2O（汽）濃度。

（2）如果干擾組份是變化的，在光路中加裝濾波氣室。

（3）加裝干擾組份和 H2O（汽）濃度檢測部件，軟件實(shí)時扣除其變化量的影響，但若配置不合理反而會引入人為的干擾。

2.2 CEMS 運(yùn)行環(huán)境及其對 CEMS 測量的影響分析

圖1 SO2檢測典型異常過程

機(jī)組脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)， 為避免氣氣換熱器（GGH）堵塞，脫硫系統(tǒng)取消了GGH。 由于沒有 GGH 的加熱，高濕、低溫的煙氣對 SO2的測量帶來諸多不利影響：

（1）當(dāng)凈煙氣進(jìn)入煙囪后，沿途冷凝形成液霧， 液霧吸收 SO2， 使得脫硫后的 SO2濃度繼續(xù)降低。當(dāng)煙囪內(nèi)負(fù)壓變化時，高處稀薄的 SO2難以穩(wěn)定抽出， SO2值時有時無、 忽上忽下。

（2）高濕度的煙氣造成冷凝器負(fù)載過大、 脫水效果變差，若脫水后的煙氣濕度依然偏大，則進(jìn)入分析池的 H2O（汽）對測量帶來干擾， 經(jīng)常造成 SO2值大幅波動甚至至零的現(xiàn)象。

（3）煙囪內(nèi)腐蝕性物質(zhì)多， 由于采樣探管腐蝕、伴熱管線保溫不良，低溫的濕煙氣經(jīng)常在局部彎頭出現(xiàn)冷凝， 凝結(jié)水吸收 SO2后， 儀器測量值偏低。

2.3 綜合分析

結(jié)合典型異常特征、測量原理和運(yùn)行環(huán)境的分析可知， 與 SO2值突變至零有關(guān)的干擾因素主要有 3種：CO 干擾、水汽干擾與儀器內(nèi)部原因，對3種干擾因素進(jìn)行綜合分析。

（1）由測量原理分析可知， CO 對 SO2測量為正向干擾且干擾幅度不大，此結(jié)論也經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，那么歷史曲線中 CO 對 SO2的大幅負(fù)向干擾就并非 CO 干擾所致，而是另有原因。

（2）由運(yùn)行環(huán)境分析可知，煙氣在低溫、 高濕環(huán)境下容易對測量引入水汽干擾，歷史曲線中SO2濃度衰減、 數(shù)據(jù)波動正是紅外分析儀在此類環(huán)境中受水汽干擾的常見現(xiàn)象，在同型機(jī)組中經(jīng)常出現(xiàn)。

（3）盡管水汽干擾在同類環(huán)境中經(jīng)常出現(xiàn)，但由于水汽干擾具有隨機(jī)性， 歷史曲線中 CO 與SO2峰谷反向、步調(diào)高度一致的特征就無法通過水汽干擾來解釋，更可能是儀器內(nèi)部原因造成。

綜上所述， 最終是水汽原因（外因）， 還是儀器本身原因（內(nèi)因）， 可以通過排查管路中水汽干擾部位和現(xiàn)場比對測試后進(jìn)行確認(rèn)。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1 現(xiàn)場比對測試

首先檢查 CEMS機(jī)柜內(nèi)各段管路， 排除凝結(jié)水的干擾； 使用便攜式溫/濕度儀測量冷凝器脫水后的煙氣濕度，確認(rèn)煙氣濕度滿足分析儀的要求，機(jī)柜外部管路和分析儀內(nèi)部問題通過比對測試確認(rèn)。

現(xiàn)場比對測試一般是用 CEMS 與參比儀器同時對同一氣源進(jìn)行測量以獲得比對數(shù)據(jù)的過程。通過分析比對數(shù)據(jù)的差異，可以為專業(yè)人員提供更準(zhǔn)確的故障定位信息。測試前，先用相同標(biāo)氣對 CEMS與參比儀器進(jìn)行標(biāo)定。 標(biāo)定完成后， 將相同煙氣同時送入 CEMS與參比儀器， 觀察數(shù)據(jù)差異，進(jìn)一步分析故障原因。

采用 PG-250 型 Horiba 便攜式氣體分析儀作為參比儀器測試的數(shù)據(jù)與 Ultra 23 進(jìn)行比對， 兩者差異顯著：

（1）參比儀器與 Ultra 23 測量數(shù)據(jù)分別為 140 mg/m3和 50 mg/m3， 偏差超出 HJ/T 75-2007 規(guī)范要求。

（2）當(dāng)工況波動， CO 濃度大幅飆升時， Ultra 23 的 SO2測量值大幅降低并隨 CO 波動， 而參比儀器的 SO2數(shù)據(jù)保持穩(wěn)定。

對比相同工況下的數(shù)據(jù)差異，可以排除外部管路及 CO 等外部因素干擾， 表 明 Ultra 23 的 數(shù)據(jù)異常由儀器內(nèi)部因素造成。

3.2 儀器內(nèi)部參數(shù)分析

分析 Ultra 23 內(nèi)部原因涉及其參數(shù)設(shè)置，由于制造商認(rèn)為 CO 對 SO2的正向干擾不容忽略，在儀器出廠前對 Ultra 23 設(shè)置了軟件補(bǔ)償，以實(shí)時扣除 CO 對 SO2的正向干擾， 因此 CO 與 SO2的反向關(guān)聯(lián)可能是由于 Ultra 23 內(nèi)設(shè)置了軟件補(bǔ)償所致。

為了驗(yàn)證軟件補(bǔ)償帶來負(fù)向干擾，暫時關(guān)閉了 CO 補(bǔ) 償 項(xiàng)， Ultra 23 的 SO2濃 度 值 立即 由 50 mg/m3升至 125mg/m3， 與參比儀器的數(shù)據(jù)偏差符合 HJ/T 75-2007 的 規(guī) 范要 求 ， 說明正是軟件補(bǔ)償導(dǎo)致了 CO 與 SO2的反向關(guān)聯(lián)。 再次恢復(fù) CO 補(bǔ)償項(xiàng)， 在 SO2低濃度工況下， 當(dāng) CO 濃度大幅飆升時， SO2值瞬間至零， 這與歷史曲線中 SO2值突變至零的現(xiàn)象相吻合，說明正是軟件補(bǔ)償引入負(fù)向干擾導(dǎo)致了 SO2值至零。

3.3 現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)論

一般在儀器出 廠前， Ultra 23 量 程范 圍 內(nèi) 的補(bǔ)償系數(shù)都經(jīng)過專業(yè)人員精心設(shè)置， 不會對 SO2引入人為干擾；但量程范圍以外的補(bǔ)償系數(shù)就未經(jīng)過合理設(shè)置，當(dāng) CO 超出量程后， 過量補(bǔ)償反而帶來負(fù)向干擾。因此，正是由于不合理的軟件補(bǔ)償導(dǎo)致當(dāng)CO濃度隨工況大幅波動甚至超量程時， SO2值就會反向大幅波動，且步調(diào)高度一致，并在 SO2低濃度時出現(xiàn)瞬間至零的現(xiàn)象。

在關(guān)閉了 Ultra 23 的 CO 補(bǔ)償項(xiàng)后，觀察 CO值大幅波動既沒有對 SO2值造成正向干擾， 也不再出現(xiàn) SO2值大幅波動、 突變至零的異常情況，比對數(shù)據(jù)已滿足 HJ/T 75-2007 的規(guī)范要求。

4 結(jié)語

（1）國產(chǎn) CEMS 因起步較晚， 其核心元件通常依賴國外產(chǎn)品，北侖發(fā)電廠6號機(jī)組因儀器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常的現(xiàn)象對同型CEMS用戶有借鑒意義。

（2）由于測量原理等多方面差異，CEMS 不同于常規(guī)儀器儀表，其故障原因往往復(fù)雜多變，給故障分析與診斷工作帶來很大難度。通過采用歷史曲線特征、測量原理和運(yùn)行環(huán)境的綜合分析方法尋找 CEMS數(shù)據(jù)異常的原因， 最后通過現(xiàn)場比對測試準(zhǔn)確定位故障原因，大量減少了排查與測試的工作強(qiáng)度，降低了故障分析難度。

（3）隨著發(fā)電廠脫硫、 脫硝系統(tǒng)的大規(guī)模安裝， CEMS作為重要的煙氣參數(shù)監(jiān)測設(shè)備在數(shù)量上大幅增加，運(yùn)行管理維護(hù)工作量也大大增加。重視故障分析方法的研究，提高故障診斷的水平，是提高維護(hù)工作效率的有效途徑。

[1]國 家 環(huán) 境 保 護(hù) 總 局.HJ/T 76-2007 固 定 污 染 源 煙 氣 排 放連 續(xù) 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 技 術(shù) 要 求 及 檢 測 方 法[S].北 京 ： 中 國 環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[2]國 家 環(huán) 境 保 護(hù) 總 局.HJ/T 75-2007 固 定 污 染 源 煙 氣 排 放連 續(xù) 監(jiān) 測 技 術(shù) 規(guī) 范[S].北 京 ： 中 國 環(huán) 境 科 學(xué) 出 版 社 ，2007.

[3]環(huán) 境 保 護(hù) 部.HJ 629-2011 固 定 污 染 源 廢 氣 二 氧 化 硫的 測 定 非 分 散 紅 外 吸 收 法[S].北 京 ： 中 國 環(huán) 境 科 學(xué) 出版社，2011.

[4]王 森.在 線 分 析 儀 器 手 冊[M].北 京 ： 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 ，2008.

[5]滕 恩 江.煙 塵 煙 氣 連 續(xù) 自 動 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 運(yùn) 行 管 理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

（本文編輯：陸 瑩）

Analysis and Treatment on Abnormal Data of Continuous Em ission M onitoring System

LU Yu-dong1， XIE Hong-hai2， LU Jian-wei1
（1.Z（P）EPC Electric Power Research Institute， Hangzhou 310014， China；2.Fengfeng Mining Administration Power Supply Company， Handan Hebei056200， China）

Taking abnormal data of continuous emission monitoring system （CEMS） of unit 6 in Beilun Power Plantas an example，the paper analyzes the characteristics of the abnormal data of SO2and proposes the fault analysis and diagnosismethod.It concludes that the abnormal data of SO2is fundamentally caused by overcompensation of CO in infrared gas analyzer， successfully solving the difficult problem in measurement that lasts one year ormore.

CEMS； SO2； return to zero； cross interference

TM314

： B

： 1007-1881（2012）11-0034-04

2012-02-27

盧毓東（1977－）， 男， 江蘇揚(yáng)州人， 工程師， 碩士，從事電力系統(tǒng)環(huán)保技術(shù)工作。