煙氣連續監測CEMS系統在2×600MW火力發電濕法脫硫中的應用

畢學坤 ,蘇 鵬,劉 潔,黃曉麗

(華電武鄉和信發電有限公司,山西武鄉046300)

1 引言

煙氣連續監測系統(CEMS)是根據工業現場生產工藝控制的要求而設計、生產的,是為保證工藝系統的安全運行和對氣體排放濃度監測而專門設計的監控裝置,節能、環保、安全。CEMS可對排放物SO2、NO、CO 、CO2、O2等有毒有害氣體及塵埃進行實時的監測,并且對流量、壓力、溫度、濕度等進行定量分析,通過數據采集智能終端(HighSpeedDigitalDataRecorder)組態軟件進行統一的數據處理,并通過FPICEMS-2000-RM無線采集與傳送終端對數據進行分析并實時的與當地環保局聯網,實現環保局集散式的監控每個排污點的詳細現場情況。

2 工程概況

華電集團武鄉和信發電有限公司2×600MW空冷國產亞臨界燃煤發電機組,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汽輪機和哈爾濱發電機三相兩極同步發電機,水-氫-氫冷卻,額定功率600MW,定額電壓10kV,自并勵靜態勵磁。設計煤種為武鄉境內貧瘦煤,根據實際煤種情況,設計濕法脫硫,工程由北京博奇工程有限公司承建,山西和祥電力監理公司監理。煙氣分析系統為上海華川環保監測儀器有限公司生產。在線數據監測上報系統為聚光科技(杭州)有限公司提供,能夠確保系統全天24h不間斷對環保數據進行無線網絡傳輸。

3 煙氣連續監測CEMS系統的應用

3.1 系統概述

整套系統包括探頭取樣系統、樣氣預處理系統、校準系統、PLC控制系統,氣體分析儀,煙塵分析儀、氧量分析儀、DAS系統(數據采集和分析),GPRS遠程通訊系統。脫硫整套控制系統為北京ABBDCS集散控制,數據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,于主控系統采用4-20mA硬接線聯系,并同時通過數據采集智能終端(High SpeedDigitalDataRecorder)與環保監測實時系統柜通訊。

3.2 系統構成

CEMS煙氣分析系統由柜內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,柜外部分的電加熱自動控溫取樣探頭,安裝在煙道上。系統加熱探頭抽取樣氣,經探頭內置過濾器過濾大量煙塵。其加熱溫度不低于145℃,以防止冷凝。預處理單元:包括壓縮機除濕器、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。標準氣從預處理前端通入,經過預處理系統,這樣使樣氣和標準氣以同樣條件進入分析儀器,減少系統誤差。氣體取樣設備在機柜內,樣氣首先經過制冷室除濕,然后進入第二個有固定露點的冷凝器,穿過氣溶膠過濾器分離硫酸,通過濕度報警精細過濾器并檢測冷凝器的故障,產生的輔助信號進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。系統可連續工作,正常情況下無須維護。

3.2.1 分析單元

多組份光譜分析儀測量NOx、SO2和O2,分析儀提供自動標定功能,該儀器可采用標準氣體對儀器進行校準,各參數通道相互獨立,穩定可靠。智能化程度高,和樣氣接觸的紅外氣室可拆卸清洗,極大地降低了維護成本。

3.2.2 控制單元

PLC是CEMS系統的數據采集、控制單元。與常規的控制方式不同,PLC提供了更為豐富的功能和更高的可靠性、擴展能力。在CEMS系統中,PLC提供了各種模擬量數字量的輸入、輸出信號,并通過軟件進行深度處理,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;執行分析儀的零點和滿量程校準;自動反吹和冷凝排放;顯示CEMS系統狀態(采樣/校零/校跨/反吹);報警、計算、定義、擴展;與DAS系統通訊;多點測量時,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,可以將加工過的數據傳輸給DAS,其控制指令通過DAS激活。PLC實現了分析系統智能化控制。系統內通常設有外控(自動)和內控(手動)兩種程序,能自動進行取樣分析、反吹、置換、溫度控制、故障識別、報警輸出等,與生產過程聯鎖,輸出4-20mA成分量信號和報警控制等開關信號。

3.3 系統示意圖

煙氣成分連續監測系統工作原理,如圖1所示系統的基本組成。

3.4 系統方案

粉塵監測系統主要由收發單元、反射單元、控制單元、自動清洗單元組成。收發單元和反射單元為系統主體測量部分。通過兩個安裝在現場測量煙道兩側的法蘭,利用精密的自校準光學系統,基于光透射原理工作。該粉塵監測系統的主要技術特點包括采用直插式測量原理,可連續進行測量,直接輸出粉塵濃度mg/m3值。由于采用了固態光源,壽命長達十年。由于超寬帶二極管的寬帶光譜產生測量信號的光學鑒定,使測量比常規的LED系統要穩定得多。高性能的微處理器技術。在不透明或透明濃度下用LC顯示,校準能力達到mg/m3。自動進行調零和量程檢查,自動污染校正。光學系統和電子設備裝均密封在內部。樣品的調整不用特殊工具,方便易行。自動調整光程。有多個量程,多路信號輸出。先進的吹掃系統可減少維護量。流量監測系統的探頭、法蘭和儀表外殼均為耐酸不銹鋼材料,防護等級為IP66。適用在高溫和腐蝕性的環境下連續工作。溫度監測采用PT100熱電偶測量,方便、可靠、穩定。壓力監測采用直接連接,絕壓變送器測量。系統工藝圖見圖2:

圖1 系統流程圖

圖2 系統工藝圖

3.5 系統特點

(1)直接分析原樣,盡可能地保持煙氣物理和化學狀態,樣氣具有代表性。滿足至少300d運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、自診斷和報警功能、指示功能、分析儀器自診斷、自動控制、自動校準、系統網絡化、錯誤代碼指示等功能。高可靠性、安全性、可維修性和可擴展性。監測設備滿足兩套煙氣成分采樣探頭系統的運行要求,同時設計方案考慮了一定的預留接口和容量。CEMS可與電廠、電力局、環保局的局域網形成MIS/SIS網,可以遠傳通訊。

(3)報告的煙氣流量＝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、濕度的修正為標況干煙氣量。

(4)分析儀器和監測儀表包含了為日常維護人員檢修提供的電信號接口,極大地方便了技術人員檢修。所有煙道設備可以滿足在下列惡劣環境下應用: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)通過指示燈和現場動畫可以實時監控設備的運行情況,通過趨勢圖了解數據變化的規律及特點。變送器的瞬時值依據實際安裝位置被分別標注到不同的工藝圖中。

(6)在歷史趨勢畫面中,可以選擇不同的數據進行趨勢查看,打印。并且同時可以分析出數據的最大值,最小值,平均值等;在畫面設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,支持實時打印。(圖3)

(7)以管理員身份登錄后可以進行高級參數設置,包括量程設置,數據設置,折算值,排放率,流量設置等。用戶在DCS根據現場情況實時更改需要的參數,以達到工藝要求。數據采集智能終端通過GPRS無線網絡傳輸到環保局,由環保局對各現場進行統一的實時監控。

圖3 歷史趨勢圖

4 結語

CEMS系統組態軟件作為現場監控的監控和數據管理中心,具有完善的CEMS系統所需要功能,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。經過采集分析和處理的數據可通過無線網絡直接發送到國家環保監管部門,十分便捷,而且數據準確真實,為減低大氣污染,提高人類生存環境起到了重要作用。