火力发电厂作为大气污染物的主要排放源，已 成为国家环保部门监管的主要对象，环保费用的监 管和核算主要依据来自烟气排放连续监测系统 （Continuous Emission Monitoring System，以下简称 CEMS）。为了能够准确测量污染物的排放量，并为 系统调整提供依据，内蒙古京隆发电有限责任公司 （以下简称京隆发电公司）于2009年对2×600 MW机 组烟气脱硫（FGD）系统的CEMS进行了升级改造： 将原青岛佳明测控科技股份有限公司生产的CEMS 更换为西门子CEMS，系统投运后，符合《国家监控企业污染源自动监测数据有效性审核办法》中规定 的要求，未发生重大设备故障^[1]。

目前，京隆发电公司2×600 MW 机组西门子 CEMS 已运行了5 a 多，虽然系统整体运行情况良 好，但仍存在不足之处。本文主要结合京隆发电公 司CEMS运行维护经验对西门子CEMS在生产中出 现的常见问题进行了原因分析，并提出了相应的处 理方法，供有关技术人员参考。 1 西门子CEMS概况1.1 系统简介

京隆发电公司2×600 MW机组共安装4套西门 子CEMS（1号机组FGD 2套，2号机组FGD 2套），型 号为SCS-900。该系统主要由烟气、SO₂、NO_x 分析 系统，O₂含量分析系统，颗粒物分析系统，烟气流量 分析系统（包括烟气压力和温度检测）和数据采集、 处理和控制系统等组成。其中CEMS的核心部分 —— 气体分析仪为西门子公司生产，型号为 ULTRAMAT 23；状态和数据处理核心部分为西门子 公司产生的S7-200可编程控制器（PLC）；数据采集 处理采用北京雪迪龙科技股份有限公司设计的 PAS-DAS系统。

CEMS主要由在线环境监测仪器和计算机数据 采集处理软件2部分组成，实现对锅炉烟气中烟尘、 SO₂等污染物的连续监测，并完成对环境污染物数 据的报表处理和数据传输。烟气连续监测的数据 采集和数据处理软件可实时显示整套烟气监测系 统的各项污染物参数的数值和整套系统的运行状 况，直观看出烟气的排放污染物质量浓度，并根据 有关标准和方法对数据进行筛选计算和统计，按照 环保报表的格式自动生成日报表、月报表及年报 表。 1.2 测量原理及方法

SO₂、NO、O₂ 采用直接抽取加热法采样，其中 SO₂、NO采用NRIR不分光红外法进行测量；烟气中 的O₂采用电化学法进行测量；颗粒物采用激光后散 射法进行测量；烟气流量采用皮托管差压法进行测 量；烟气压力采用扩散硅法进行测量；烟气温度采 用热电阻进行测量^[2]。 1.3 系统流程

CEMS流程示意图如图 1所示。烟道中的烟气 经过取样探头和电加热采样管线由取样泵抽取，经 一级制冷、保护过滤器、三通电磁阀、二级制冷、取样泵、手动切换阀、疏水过滤器，最终进入气体分析 仪，气体分析仪将分析完的烟气排至户外。

图 1(Figure 1)

图中：SP—取样探头；A11—制冷器；A1—气体分析仪； M11、M12—蠕动泵；SV1、SV14、Y1—电磁阀；FP1—保护过滤 器；M1—取样泵；V1—手动切换阀；RV1、RV2—防腐针阀； WF—疏水过滤器；CY—储液罐；AF—空气过滤器；TK—储气 罐 图 1 CEMS流程示意图

气体分析仪将测出的SO₂、NO、O₂ 信号转换为 4～20 mA电流信号送至PLC，PLC对CEMS信号进 行处理，同时将各种信号和状态送至脱硫DCS控制 系统和CEMS监控小间的PAS-DAS主控站。数据 采集仪从该主控站获取相关数据送至盟（市）级和 自治区级环保部门。

制冷器将烟气中携带的水冷凝后，排入气体分 析仪控制柜外的储液罐。

气体分析仪自动标零时，空气通过空气过滤 器、针型阀、三通电磁阀、二级制冷、取样泵、手动切 换阀、疏水过滤器、最终进入气体分析仪。

气体分析仪手动通入标准气体校准时，标准位 气体经手动切换阀、疏水过滤器，最终进入气体分 析仪。 2 西门子CEMS常见问题原因分析及处理 2.1 气体分析仪采样流量偏低

京隆发电公司CEMS经调试运行一段时间后， 发现FGD入口原气体分析仪采样流量偏低，检查系 统各部分：冷凝器正常，伴热管线温度正常，过滤器 没有发现堵塞现象；观察保护过滤器，颜色正常且 没有出现水珠凝结的现象；到取样平台进行检查， 发现取样探头过滤器前取样管结垢严重，导致烟气 无法正常通过。清洗取样管后，分析仪采样流量恢 复正常。 2.1.1 可能原因分析

（1） 原烟气（引风机出口）中的SO₂、NOx等由于 未经处理在取样管中极易发生化学反应，形成不易 被溶解的化学物质，因此原烟气采样探头过滤器前 取样管堵塞的频率要高于净烟气。

（2） 系统吹扫时间不合理。

（3） 吹扫电磁阀故障。 2.1.2 处理方法

（1） 按照生产实际情况，充分考虑锅炉燃煤煤 质、机组负荷等因素，定期检查采样探头过滤器以 及取样管，发现结垢应及时处理。

（2） 改变取样探头过滤器的吹扫时间，CEMS 在PLC内设置有定期吹扫的时间，可以根据实际情 况改变系统吹扫的时间间隔和吹扫时间；也可以改 变分析仪的自动校准周期，按照系统实际运行情 况，将气体分析仪的自动校准周期由原4 h调整为2 h，后又调整为1 h，调整后取样管堵塞周期由原来的 1个多月变为6个月以上。

（3） 检查吹扫电磁阀，由于电磁阀线圈不易损 坏，因此应重点检查电磁阀阀体，查看其内部是否 存在堵塞现象。 2.2 气体分析仪测出的数据异常

根据CEMS系统流程图可以推断，烟气在系统 中任一环节出现问题均可能导致气体分析仪测得 的数据异常，因此当测得的数据出现异常时应逐步 分析排查。首先应该查看分析仪ULTRAMAT 23储 存的报警记录、维护请求以及烟气流量是否在合理 范围（1～2 L/min）内，初步判断数据异常是由气体 分析仪故障还是其他故障导致。 2.2.1 可能原因分析

2.2.1.1 气体分析仪故障

（1） 气体分析仪中氧传感器异常，表现为分析 仪O₂ 测量项显示^“******”，进入菜单项（O₂__sensor status）查看氧传感器的电压值，则可以判断出是 否为氧传感器发生故障（气体分析仪在标定过程中 偶尔也会短暂出现氧传感器故障，该情况除外）。

（2） 气体分析仪在标定过程中出现测量值与 标准气体标定值一致的情况下，按下“Enter”键后， 气体分析仪无法成功标定。

（3） 在烟气流量稳定的情况下，气体分析仪显 示SO₂或NO波动偏大，O₂测量值正常。对气体分析 仪通标准气体进行标定时，无法成功标定；在标定 过程中，气体分析仪显示的数值与标准气体实际数 值有较大偏差；气体分析仪显示SO₂、NO、O₂数据正 常，烟气流量显示也在正常范围内，但一直存在烟 气流量低报警。 2.2.1.2 其他故障

（1） 探头吹扫电磁阀关闭不严，储气罐中的压 缩空气会通过该电磁阀漏入取样管中，在取样泵的 作用下进入气体分析仪，表现为气体分析仪测出的 数据O₂偏大，SO₂、NO偏小。

（2） 控制取样管线伴热的温控器（或接触器） 损坏，取样管线加热温度偏低，或者取样探头加热 装置损坏。

（3） 制冷器冷凝腔室与烟气管路连接处有漏 气点，导致空气进入气体分析仪，出现和（2）类似的 现象。

（4） 疏水过滤器出现凝结水珠或者存在严重 积水。 2.2.2 处理方法

（1） 氧传感器寿命一般为2 a多，定期检查氧传 感器的电压值，当电压值低于报警值（5.00 mV）时应 该及时更换；当气体分析仪无法正常标定时，应及 时联系厂家进行全面保养和维护。

（2） 由于探头吹扫电磁阀动作频繁，需要定期 检查该电磁阀的严密性，若无法修理应及时更换。 日常工作中发现电磁阀线圈少有损坏，一般出现问 题多是电磁阀阀体。

（3） 京隆发电公司西门子CEMS投运5 a以来， 气体分析仪柜内温控器共计损坏1个，更换为OMRON E5CZ-R2MT型温控器后，取样管伴热温度能 够实时显示，控制精度更高。与温控器相连接的接 触器由于频繁动作极易损坏，因此需定期检查接触 器外观和动作情况。为了降低接触器单一触点电 流大造成损坏的概率，可以利用接触器其他触点进 行分流，如将接触器3个触点并联连接。

（4） 制冷器与烟气管路连接处硅胶垫老化，会 造成气体分析仪测得的数据异常，应该按照CEMS 厂家规定的要求定期更换硅胶垫。

（5） 疏水过滤器出现凝结水珠或积水，一般为 制冷器或蠕动泵发生故障导致。按照内蒙古自治 区环保部门的要求，制冷器温度应控制在合理范围 内（3~5 ℃），温度太高或太低都会影响测量数据的 准确性；如果制冷器正常，而用于排出冷凝水的蠕 动泵损坏，或是蠕动泵管长时间使用老化都可能造 成冷凝水进入疏水过滤器，甚至进入气体分析仪。 京隆发电公司西门子CEMS自投运以来，蠕动泵未 发生损坏，但仍需要定期检查和更换蠕动泵管。 2.3 数据采集传输仪采集数据异常

京隆发电公司CEMS使用由北京利达科信环境 安全技术有限公司生产的KSJK-803 型数据采集 仪，在2012年、2013年多次出现数据传输异常现象， 且异常现象没有明显规律可循，后联系厂家技术人 员到现场检查，仍未找出异常原因^[3]。 2.3.1 可能原因分析

（1） 数据采集仪通过光缆传输采集到的数据， 因此若光电转换器发生故障，则会导致数据传输异 常。

（2） 数据采集仪内部软件或硬件发生故障。

（3） 数据采集仪由PAS-DAS主控站采集数据， 若主控站控制主机（DELL）或PAS-DAS监控软件出 现异常同样会导致数据传输异常。

京隆发电公司在定期巡检中发现PAS-DAS主 控站主机有时会自动关机或重新启动。对主控站 控制主机进行停电检查，内部主板没有积灰，内存 条、硬盘、网卡、串口通信卡（RS-232）均连接正常； 对控制主机进行送电，系统正常进入，PAS-DAS监 控软件正常，数据传输正常；串口通信卡重新固定 时出现放电现象，使用万用表测量电压显示110 V， 该电压可能来自微机电源内部。为防止来源于微 机外部的电磁干扰，在电源220 V输入回路装有滤 波电路。该滤波电路由2个电容串联组成，2个电容 的中点与电源外壳直接连接，因此主机箱壳电位的 理论值是110 V^[4]。 2.3.2 处理方法

（1） 联系联通公司技术人员检查CEMS小间， 光电转换器状态灯闪烁异常。经测试发现光电转 换器网线接口松动，导致网线接触不良，更换新的 光电转换器后数据采集仪恢复正常。

（2） 数据采集仪长时间运行后储存数据较多， 屏幕不能正常显示传输的数据，将数据采集仪复位 后数据传输恢复正常。

（3） 主控站控制主机电源在调试时取自CEMS 小间墙壁插座电源，插座接触不良导致主机经常失 电。对电源进行整改：去除原插板，将电源取自气 体分析仪机柜内的CEMS总电源，并将PAS-DAS主 控站控制主机（DELL）外壳接地。再次检测串口通 信卡（RS-232），带电现象消失。 2.4 烟道内烟气流量测量不准确

2.4.1 可能原因分析

西门子CEMS采用SITRANS P皮托管流量装置 测量烟气流量，该测量装置结构简单，但测量准确 度不够高，其原因有以下几个方面：

（1） FGD出（入）口烟道横截面积为60~70 m2， 为防止烟道变形，烟道内部布满支撑钢管，皮托管 在烟道内所测得的差压受较大的影响；

（2） 引风机出口至GGH与GGH出口至烟囱的 烟道直管段距离较短，烟气流量在烟道内流动不均 匀也将导致皮托管流量测量结果存在很大误差。 2.4.2 处理方法

鉴于上述问题，2014年京隆发电公司在机组检 修期间对原有烟气流量测量装置进行了改造，采用 了吉林市恒顺电力技术开发有限责任公司生产的 HS-DZFL-336 型防堵点阵式风量测量装置（见图 2），该装置具有自清灰和防堵塞的特点。为了更加 准确地测量烟气流量，该装置在测量结构上采用防 堵型点阵式布点方式，选取了96个有效测点，几乎 覆盖全部有效风道。改造前，当机组负荷大幅度变 化时，烟气流量变化幅度较小；改造后，该测量装置 能够及时反映出烟道内实际流量的变化，且测量数 据准确，改造比较成功。改造前、后2号机组烟气流 量变化趋势分别如图 3、图 4所示。

图 2(Figure 2)

图 2 HS-DZFL-336型FGD烟道测量装置内部结构

图 3(Figure 3)

图 3 改造前2号机组烟气流量变化趋势

图 4(Figure 4)

图 4 改造后2号机组烟气流量变化趋势

西门子CEMS颗粒物测量采用北京雪迪龙科技股份有限公司生产的Model 2030烟尘仪，它采用激 光后向散射测试原理完成对被测烟道的烟（粉）尘 质量浓度的测定。Model 2030烟尘仪内嵌的高稳 定激光信号源穿越烟道照射烟（粉）尘粒子，被照射 的烟（粉）尘粒子将反射激光信号，反射信号的强度 与烟（粉）尘的质量浓度成正比例变化。此外，Mod⁃ el 2030烟尘仪检测烟（粉）尘反射的微弱激光信号， 通过特定的算法即可计算出烟道内的烟（粉）尘质 量浓度^[5]。

京隆发电公司通过长时间现场观察，该型号烟 尘仪使用效果不理想，所测数值的准确性值得商 榷，图 5为2013年8月京隆发电公司2号机组FGD 出口烟道颗粒物质量浓度随机组负荷变化趋势。 2014年京隆发电公司对原1号、2号机组FGD出口 颗粒物测量系统进行了改造，采用芬兰Sintrol有限 公司生产的新型静电数字粉尘仪（S303），该装置具 有结构简单、免维护的特点。它利用可靠的静电技 术，通过粉尘和传感器杆的相互作用在两者之间产 生电荷的迁移，通过检测电荷的大小来反映粉尘质 量浓度的大小；如果颗粒物质类型保持不变，即使 传感器上黏附一定的粉尘颗粒，产生的信号也会与 粉尘质量浓度成比例。改造后2号机组FGD出口颗 粒物质量浓度随机组负荷变化趋势如图 6所示。由 于暂时没有权威机构的颗粒物比对监测报告，其测 量结果的准确性有待进一步验证。

图 5(Figure 5)

图 5 改造前2号机组颗粒物质量浓度随负荷变化趋势

图 6(Figure 6)

图 6 改造后2号机组颗粒物质量浓度随负荷变化趋势

目前西门子CEMS已在火电厂FGD、SCR中得 到广泛应用，其稳定性和准确性相对较好，但存在 的问题仍很多：如在PAS-DAS软件上将历史报表 （日报表、月报表、年报表等）导出至主控机磁盘或 移动存储设备时，导出的Excel表格和软件中的不符（该问题至今没有解决）；原设计的采样箱、压力变 送器、流量变送器、反吹风机等无防雨设施，更易老 化和损坏，部分采样箱门在正常关闭的情况下出现 进水现象；气体分析仪Ultramat 23返厂维护费用较 高，分析仪在吹扫后数据突变严重，一些小问题在 维修后仍然存在；设备运行几年后，老化问题逐渐 凸显。因此，要保证CEMS稳定、准确运行，维护人 员需按照系统要求定期巡检、标定，发现问题及时 处理，并定期更换易耗品，系统更准确地测量还有 待技术的进一步发展。