煙氣連續(xù)監(jiān)測CEMS系統(tǒng)在2×600MW火力發(fā)電濕法脫硫中的應(yīng)用

畢學(xué)坤 ,蘇 鵬,劉 潔,黃曉麗

(華電武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限公司,山西武鄉(xiāng)046300)

1 引言

煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)是根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝控制的要求而設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的,是為保證工藝系統(tǒng)的安全運(yùn)行和對氣體排放濃度監(jiān)測而專門設(shè)計(jì)的監(jiān)控裝置,節(jié)能、環(huán)保、安全。CEMS可對排放物SO2、NO、CO 、CO2、O2等有毒有害氣體及塵埃進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)測,并且對流量、壓力、溫度、濕度等進(jìn)行定量分析,通過數(shù)據(jù)采集智能終端(HighSpeedDigitalDataRecorder)組態(tài)軟件進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理,并通過FPICEMS-2000-RM無線采集與傳送終端對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并實(shí)時的與當(dāng)?shù)丨h(huán)保局聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)環(huán)保局集散式的監(jiān)控每個排污點(diǎn)的詳細(xì)現(xiàn)場情況。

2 工程概況

華電集團(tuán)武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限公司2×600MW空冷國產(chǎn)亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組,采用武漢鍋爐制造有限公司2080t/h亞臨界燃煤鍋爐,哈爾濱汽輪機(jī)廠亞臨界一次中間再熱單軸三缸四排汽直接空冷凝汽式汽輪機(jī)汽輪機(jī)和哈爾濱發(fā)電機(jī)三相兩極同步發(fā)電機(jī),水-氫-氫冷卻,額定功率600MW,定額電壓10kV,自并勵靜態(tài)勵磁。設(shè)計(jì)煤種為武鄉(xiāng)境內(nèi)貧瘦煤,根據(jù)實(shí)際煤種情況,設(shè)計(jì)濕法脫硫,工程由北京博奇工程有限公司承建,山西和祥電力監(jiān)理公司監(jiān)理。煙氣分析系統(tǒng)為上海華川環(huán)保監(jiān)測儀器有限公司生產(chǎn)。在線數(shù)據(jù)監(jiān)測上報(bào)系統(tǒng)為聚光科技(杭州)有限公司提供,能夠確保系統(tǒng)全天24h不間斷對環(huán)保數(shù)據(jù)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。

3 煙氣連續(xù)監(jiān)測CEMS系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)概述

整套系統(tǒng)包括探頭取樣系統(tǒng)、樣氣預(yù)處理系統(tǒng)、校準(zhǔn)系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng),氣體分析儀,煙塵分析儀、氧量分析儀、DAS系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集和分析),GPRS遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)。脫硫整套控制系統(tǒng)為北京ABBDCS集散控制,數(shù)據(jù)顯示及控制于中央控制室,就地配置煙氣分析小間,分析儀表及采集儀表控制柜安裝在小間內(nèi),于主控系統(tǒng)采用4-20mA硬接線聯(lián)系,并同時通過數(shù)據(jù)采集智能終端(High SpeedDigitalDataRecorder)與環(huán)保監(jiān)測實(shí)時系統(tǒng)柜通訊。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

CEMS煙氣分析系統(tǒng)由柜內(nèi)和柜外兩大部分組成。分析柜分為脫硫入口分析柜和出口分析柜,安裝在室內(nèi),柜外部分的電加熱自動控溫取樣探頭,安裝在煙道上。系統(tǒng)加熱探頭抽取樣氣,經(jīng)探頭內(nèi)置過濾器過濾大量煙塵。其加熱溫度不低于145℃,以防止冷凝。預(yù)處理單元:包括壓縮機(jī)除濕器、耐腐抽氣泵、氣溶膠過濾器、反吹單元等。用于完成樣氣的凈化、除塵、除濕。標(biāo)準(zhǔn)氣從預(yù)處理前端通入,經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng),這樣使樣氣和標(biāo)準(zhǔn)氣以同樣條件進(jìn)入分析儀器,減少系統(tǒng)誤差。氣體取樣設(shè)備在機(jī)柜內(nèi),樣氣首先經(jīng)過制冷室除濕,然后進(jìn)入第二個有固定露點(diǎn)的冷凝器,穿過氣溶膠過濾器分離硫酸,通過濕度報(bào)警精細(xì)過濾器并檢測冷凝器的故障,產(chǎn)生的輔助信號進(jìn)入分析儀故障信號切斷抽氣泵。故障排除后泵自啟動。氣體分析儀能夠同時有選擇地測量多種組分的氣體。系統(tǒng)可連續(xù)工作,正常情況下無須維護(hù)。

3.2.1 分析單元

多組份光譜分析儀測量NOx、SO2和O2,分析儀提供自動標(biāo)定功能,該儀器可采用標(biāo)準(zhǔn)氣體對儀器進(jìn)行校準(zhǔn),各參數(shù)通道相互獨(dú)立,穩(wěn)定可靠。智能化程度高,和樣氣接觸的紅外氣室可拆卸清洗,極大地降低了維護(hù)成本。

3.2.2 控制單元

PLC是CEMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制單元。與常規(guī)的控制方式不同,PLC提供了更為豐富的功能和更高的可靠性、擴(kuò)展能力。在CEMS系統(tǒng)中,PLC提供了各種模擬量數(shù)字量的輸入、輸出信號,并通過軟件進(jìn)行深度處理,其功能主要包括自動控制煙氣抽取,并自動為分析儀提供分析樣氣;執(zhí)行分析儀的零點(diǎn)和滿量程校準(zhǔn);自動反吹和冷凝排放;顯示CEMS系統(tǒng)狀態(tài)(采樣/校零/校跨/反吹);報(bào)警、計(jì)算、定義、擴(kuò)展;與DAS系統(tǒng)通訊;多點(diǎn)測量時,控制氣路切換、采樣排序和采樣周期。PLC提供了24h的記錄接口系統(tǒng),可以將加工過的數(shù)據(jù)傳輸給DAS,其控制指令通過DAS激活。PLC實(shí)現(xiàn)了分析系統(tǒng)智能化控制。系統(tǒng)內(nèi)通常設(shè)有外控(自動)和內(nèi)控(手動)兩種程序,能自動進(jìn)行取樣分析、反吹、置換、溫度控制、故障識別、報(bào)警輸出等,與生產(chǎn)過程聯(lián)鎖,輸出4-20mA成分量信號和報(bào)警控制等開關(guān)信號。

3.3 系統(tǒng)示意圖

煙氣成分連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)工作原理,如圖1所示系統(tǒng)的基本組成。

3.4 系統(tǒng)方案

粉塵監(jiān)測系統(tǒng)主要由收發(fā)單元、反射單元、控制單元、自動清洗單元組成。收發(fā)單元和反射單元為系統(tǒng)主體測量部分。通過兩個安裝在現(xiàn)場測量煙道兩側(cè)的法蘭,利用精密的自校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng),基于光透射原理工作。該粉塵監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)包括采用直插式測量原理,可連續(xù)進(jìn)行測量,直接輸出粉塵濃度mg/m3值。由于采用了固態(tài)光源,壽命長達(dá)十年。由于超寬帶二極管的寬帶光譜產(chǎn)生測量信號的光學(xué)鑒定,使測量比常規(guī)的LED系統(tǒng)要穩(wěn)定得多。高性能的微處理器技術(shù)。在不透明或透明濃度下用LC顯示,校準(zhǔn)能力達(dá)到mg/m3。自動進(jìn)行調(diào)零和量程檢查,自動污染校正。光學(xué)系統(tǒng)和電子設(shè)備裝均密封在內(nèi)部。樣品的調(diào)整不用特殊工具,方便易行。自動調(diào)整光程。有多個量程,多路信號輸出。先進(jìn)的吹掃系統(tǒng)可減少維護(hù)量。流量監(jiān)測系統(tǒng)的探頭、法蘭和儀表外殼均為耐酸不銹鋼材料,防護(hù)等級為IP66。適用在高溫和腐蝕性的環(huán)境下連續(xù)工作。溫度監(jiān)測采用PT100熱電偶測量,方便、可靠、穩(wěn)定。壓力監(jiān)測采用直接連接,絕壓變送器測量。系統(tǒng)工藝圖見圖2:

圖1 系統(tǒng)流程圖

圖2 系統(tǒng)工藝圖

3.5 系統(tǒng)特點(diǎn)

(1)直接分析原樣,盡可能地保持煙氣物理和化學(xué)狀態(tài),樣氣具有代表性。滿足至少300d運(yùn)行而不需要日常維修的要求,可長期無人值守(大于5d)。可以提供98%以上的資料可利用率。

(2)功能豐富,包括反吹功能、自診斷和報(bào)警功能、指示功能、分析儀器自診斷、自動控制、自動校準(zhǔn)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、錯誤代碼指示等功能。高可靠性、安全性、可維修性和可擴(kuò)展性。監(jiān)測設(shè)備滿足兩套煙氣成分采樣探頭系統(tǒng)的運(yùn)行要求,同時設(shè)計(jì)方案考慮了一定的預(yù)留接口和容量。CEMS可與電廠、電力局、環(huán)保局的局域網(wǎng)形成MIS/SIS網(wǎng),可以遠(yuǎn)傳通訊。

(3)報(bào)告的煙氣流量＝工況下濕煙氣量X(大氣壓力+煙氣靜壓)/101300X273/(273+煙氣溫度)X(1-煙氣濕度),包含了溫度、壓力、濕度的修正為標(biāo)況干煙氣量。

(4)分析儀器和監(jiān)測儀表包含了為日常維護(hù)人員檢修提供的電信號接口,極大地方便了技術(shù)人員檢修。所有煙道設(shè)備可以滿足在下列惡劣環(huán)境下應(yīng)用:煙道壓力(-4.9至+4.9kpa)、煙囪入口溫度(小于250℃)、相對濕度(大于95%)。

(5)通過指示燈和現(xiàn)場動畫可以實(shí)時監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況,通過趨勢圖了解數(shù)據(jù)變化的規(guī)律及特點(diǎn)。變送器的瞬時值依據(jù)實(shí)際安裝位置被分別標(biāo)注到不同的工藝圖中。

(6)在歷史趨勢畫面中,可以選擇不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢查看,打印。并且同時可以分析出數(shù)據(jù)的最大值,最小值,平均值等;在畫面設(shè)置中可以方便的改變趨勢的類型如線條類型、顏色、文字格式等,支持實(shí)時打印。(圖3)

(7)以管理員身份登錄后可以進(jìn)行高級參數(shù)設(shè)置,包括量程設(shè)置,數(shù)據(jù)設(shè)置,折算值,排放率,流量設(shè)置等。用戶在DCS根據(jù)現(xiàn)場情況實(shí)時更改需要的參數(shù),以達(dá)到工藝要求。數(shù)據(jù)采集智能終端通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)江h(huán)保局,由環(huán)保局對各現(xiàn)場進(jìn)行統(tǒng)一的實(shí)時監(jiān)控。

圖3 歷史趨勢圖

4 結(jié)語

CEMS系統(tǒng)組態(tài)軟件作為現(xiàn)場監(jiān)控的監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理中心,具有完善的CEMS系統(tǒng)所需要功能,極大提高了工廠自身工藝安全性能,并可及時改變工藝,提高工廠效率,降低了損耗。經(jīng)過采集分析和處理的數(shù)據(jù)可通過無線網(wǎng)絡(luò)直接發(fā)送到國家環(huán)保監(jiān)管部門,十分便捷,而且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確真實(shí),為減低大氣污染,提高人類生存環(huán)境起到了重要作用。