CEMS系統(tǒng)在火電廠中的應用及存在問題分析

徐樺

【關鍵詞】脫硝 脫硫 CEMS 火電廠 應用

1 引言

隨著我國大力推進工業(yè)化的發(fā)展，隨之而來的就是面臨著環(huán)境惡化這一嚴峻挑戰(zhàn)。而現(xiàn)代人民的生活更加追求健康，因此對于環(huán)境有著更高的要求。而火電廠仍然是目前最為常見的發(fā)電場所，但火電廠排放大量的煙塵對于環(huán)境的污染是十分嚴重的。所以對于火電廠的產生的大量煙塵這一污染問題，必須有相應的方案進行解決，煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）應運而生，雖然不能從根本上解決污染問題，但也是起到了很好的緩沖監(jiān)督作用。火電廠的排放物檢測主要分為人工檢測和儀器檢測兩類。在實際情況中，人工檢測消耗的成本高，時間長，因此效果并不理想。而CEMS系統(tǒng)，則可以彌補人工測試的缺點。它效率高，準確性好安全性優(yōu)，因此國家也曾下達過相關文件對于CEMS的作用表示肯定。而后下達相關規(guī)定：火電廠內的煙道和煙囪必須安裝CEMS裝置，這樣能準確地檢測出排放物的相關情況。

2 CEMS系統(tǒng)在火電廠的應用

CEMS的主要作用是可以監(jiān)測到火電廠產生的污染物數(shù)據(jù)，為其他環(huán)保工作的開展提供數(shù)據(jù)上的支持。

2.1 CEMS系統(tǒng)應用流程

2.1.1 對樣本的采集

對于樣本的采集，一般有直接取樣法、稀釋取樣法和現(xiàn)場在線取樣三種。在采集排放物之前，一般對其先進行稀釋工作。一般在采集器的探頭頂部小孔可以吸納火電廠的排放廢氣，探頭內部可以首先對廢氣進行稀釋。廢氣在進行分析之前，可以不對廢氣進行除濕工作，由于廢氣已經進行過稀釋，這樣溫度會被控制在合理的范圍內，并不會產生結露現(xiàn)象。對于只被稀釋過的樣本廢氣，由于還存在一定的濕度，可以采用濕法測量。同時，由于省去了除濕這一環(huán)節(jié)，對于節(jié)約成本來說也是有很大幫助的，而且一旦除濕設備出現(xiàn)問題，會導致結露現(xiàn)象的出現(xiàn)等其他一系列的問題。所以說，在采集排放物的同時對其進行稀釋工作是最佳的處理方案。

2.1.2 對樣本的測量

CEMS一般使用不同的測量方式對于廢氣中的不同成分進行濃度的監(jiān)測。通常需要檢測的污染物分為兩大類：一類是硫化物，另一類是氮化物和一氧化碳。檢測硫化物的方法是紅外法，而檢測氮氧化合物和一氧化碳的方法是非分散法，與此同時，對于污染物中氧氣含量的還需要使用電化學的方法來測定。煙塵的測量一般采用光學的方法。濕度的測量通常由相應的傳感器來幫助完成。煙氣的流速一般由超聲波法來進行測量。使用以上的科學方法測試出來的結果準確度高，可信度好。

2.1.3 對檢測數(shù)據(jù)的傳輸

通常對于整個CEMS系統(tǒng)，樣本采樣器，分析儀器以及數(shù)據(jù)傳輸是被計算機網絡連為一體的，這樣保證了數(shù)據(jù)的時效性和有效性，同時計算機可以對數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)耐瑫r，生成圖表等，可更加直觀的表現(xiàn)出數(shù)據(jù)，為企業(yè)的工作提供便利。在提供便利的同時，由于數(shù)據(jù)的標準國家已經有明確的規(guī)定，所以要在檢測污染物排放的同時，也要監(jiān)督好數(shù)據(jù)的傳輸工作，在嚴格的規(guī)范下完成準確的數(shù)據(jù)傳輸工作。

2.2 CEMS在火電廠的應用

2.2.1 煙氣脫硫

因為在火電廠中，煙氣脫硫的設備通常被安排在鍋爐以后，煙囪以前，所以它的安裝位置就決定了火電廠中主要的檢測主要對象就是硫。煙氣脫硫，顧名思義，就是除去煙氣中的二氧化硫。煙氣脫硫系統(tǒng)用于脫硫系統(tǒng)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)用于脫硫系統(tǒng)工藝控制，反映脫硫效率。同時脫硫出口監(jiān)測數(shù)據(jù)用于環(huán)保監(jiān)測。可以連續(xù)在線監(jiān)測顆粒物的濃度、二氧化硫濃度、氮氧化合物濃度、氧氣含量、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流速、一氧化碳和二氧化碳濃度。其控制計算機可以將所測到的數(shù)據(jù)進行處理和存貯?？梢酝ㄟ^網絡與上級環(huán)保部門的計算機連接，環(huán)保部門可以方便、快捷地調用監(jiān)測數(shù)據(jù)。企業(yè)內部可以通過局域網根據(jù)訪問權限對數(shù)據(jù)庫進行操作。如讀取數(shù)據(jù)、修改狀態(tài)參數(shù)甚至對系統(tǒng)進行直接操作。煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)由以下幾個重要系統(tǒng)組成：系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；氣體分析儀；顆粒物分析儀；溫度、壓力、流速監(jiān)測儀；樣氣預處理系統(tǒng)；保護反吹系統(tǒng)和自動校準系統(tǒng)。

CEMS系統(tǒng)通過可編程邏輯控制器（PLC）對CEMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行采集和控制，提供24小時的記錄接口系統(tǒng)，可以將加工過的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理及控制子系統(tǒng)（DAS），其控制指令通過DAS激活。PLC能自動控制煙氣抽取，將樣氣提供給ULTRAMAT 23分析儀，具有執(zhí)行分析儀的零點校準、量程校準、自動反吹和冷凝液排放的功能。除此之外，還能顯示CEMS狀態(tài)（采樣/校零/反吹）和監(jiān)測故障狀態(tài)并能報警。通過自動校準做出校準報告，并且按照環(huán)保部門要求編造日報表、月報表、年報表，生成趨勢圖和餅圖等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用西門子S7-200系列PLC，由CPU224、DI/DO擴展模塊EM223、模擬量輸入模塊EM231和模擬量輸出模塊EM232構成。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過RS232轉換器和MODBUS進行信號傳輸與DAS通訊。數(shù)據(jù)處理及控制子系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)丟失處理和數(shù)據(jù)保密的功能，保障了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全和穩(wěn)定性。

2.2.2 煙氣脫硝

和上面提到的脫硫系統(tǒng)有很大的不同，因為煙氣脫硝中的煙塵含量比煙氣脫硫的煙塵含量要高出很多，同時溫度可達到500℃，這樣惡劣的工作環(huán)境，對于設備的耐磨、耐腐蝕、防阻塞、耐高溫是很大的考驗。同時由于整個設備的安裝位置不同，脫硝設備在除塵設備之前而相反的脫硫在其之后，這也導致了兩種設備的工作狀況有著很大的差異。按照脫硫CEMS系統(tǒng)生產的設備零件在脫硝CEMS系統(tǒng)中往往并不能滿足要求。CEMS系統(tǒng)可以保證煙氣脫硝在穩(wěn)定安全的環(huán)境下進行，所以要保證CEMS系統(tǒng)有效安全的運行，盡量避免出現(xiàn)問題，在出現(xiàn)問題后也要相處相應對策及時解決。在煙氣脫硝中，系統(tǒng)主要需要檢測的數(shù)據(jù)有NOx、NH3 濃度（依據(jù)規(guī)范，NOx的濃度需要轉化為NO2的濃度）、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流速、氧氣濃度等。在計算機控制部分，一般采用PLC進行控制，需要控制的系統(tǒng)環(huán)節(jié)主要有：采集、數(shù)據(jù)處理、吹塵、維護、校正、預警等。當系統(tǒng)處于前五項狀態(tài)的時候，計算機輸出信號保持不變，當系統(tǒng)處于預警狀態(tài)時，系統(tǒng)應當采取相應的措施處理發(fā)現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。計算機將數(shù)據(jù)及時的匯總整合上傳，以便環(huán)保部門對于相關數(shù)據(jù)進行審核。

2.2.3 其他項目

一般鍋爐內會對于氧氣和一氧化碳的濃度進行測量，主要是為調查鍋爐內的燃燒情況。煙塵的測量主要是為測試除塵器的除塵效果。當前我國還沒有對火電廠的二氧化碳和貢的排放提出連續(xù)監(jiān)測的要求，但是一些試點單位已經開始相關的工作。這些試點單位測量工的濃度的主要方法是冷原子吸收分光光度法，而二氧化碳的濃度的測試方法一般與二氧化硫相同，上文已經闡述過，在此不贅述。

3 火電廠CEMS系統(tǒng)應用出現(xiàn)的常見問題及解決方案

3.1 煙氣采樣系統(tǒng)堵塞的問題

首先，由于煙氣采樣系統(tǒng)工作的環(huán)境較為惡劣，一般的煙氣粉塵濃度較高，容易造成系統(tǒng)堵塞情況的發(fā)生。所以一般在采集煙氣的探頭頂部的小孔前，都會安裝過濾裝置，防止顆粒粉塵進入到采樣系統(tǒng)當中，但還是不能完全避免采樣裝置內部堵塞，而一旦發(fā)生堵塞的情況，解決這種問題的就非常困難。下面列舉幾種常見情況：

（1）煙氣中粉塵顆粒含量大，導致過濾器堵塞；

（2）過濾器的孔徑選擇不合適，造成堵塞；

（3）溫度控制不合理，導致采樣內部的廢氣凝結導致堵塞；

（4）清理時間間隔過長，導致堵塞；

（5）采樣管道內彎折導致樣本流通受阻，從而堵塞；

（6）廢氣內含有的油成分過多，導致堵塞。

解決問題的主要方法是首先要保證伴熱管線的溫度，保證管線內的排放物不出現(xiàn)凝結的現(xiàn)象，同時根據(jù)實際的排放物的情況，選擇合適的過濾器，同時要盡量減少管道的彎曲程度，使樣本易于通過，同時固定的清掃管道頻率也要滿足要求。

3.2 高溫問題

由于脫硝系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)的差異性，導致兩系統(tǒng)的出煙溫度相差很大，一般在200～300℃之間，所以如果要使用原本與脫硫系統(tǒng)一樣的脫硝CEMS監(jiān)測方案，在設備上就要有所差異，例如采樣探頭和皮托管等都需要采用的是耐高溫的材料，這樣才能保證整套系統(tǒng)的安全運行，得出的數(shù)據(jù)也能更加準確。

3.3 腐蝕問題

煙氣中含有多種有害物質，所以在采集進行檢測的時候可能因為外界條件的變化導致發(fā)生反應，生成酸或堿等含有腐蝕性的物質，這樣會腐蝕系統(tǒng)內探頭、皮托管等材料，導致安全等問題的出現(xiàn)。

解決腐蝕問題要保證伴熱管線的溫度，保證廢氣不結露，在材料的選擇上選擇較為耐腐蝕的材料，例如雪迪龍廠家品牌的哈氏皮托管，型號：PT1-03-L2000在同類型機組中運行使用較好。定期的清掃，同時做好裝置的檢查和維護工作，特別針對腐蝕現(xiàn)象展開檢查，做到早發(fā)現(xiàn)早記錄早更換。

3.4 設備溫度高導致測量數(shù)據(jù)不準確的問題

CEMS房間空間較小，設備卻較多，發(fā)熱量大，或者CEMS系統(tǒng)房間內空調出現(xiàn)問題，功率小，遠遠達不到房間內的制冷效果，這會導致導致了設備測量NOX數(shù)值不準，上傳到環(huán)保局的數(shù)據(jù)也出現(xiàn)異常。

所以為了解決這些問題，應當做好以下幾點：

（1）加強脫硫、脫硝CEMS房間的溫濕度定期巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋，并組織進行檢修；

（2）脫硫、脫硝CEMS房間的空調應加大定期維護力度，并做好維護記錄；

（3）脫硫、脫硝CEMS房間的空調需要冗余配置，制冷量要大，以防夏季氣溫過熱導致設備異常。

3.5 蠕動泵問題

蠕動泵因為長期在荷載作用下工作，因此容易出現(xiàn)蠕動泵轉輪經長期運行已出現(xiàn)磨損情況，無法擠壓蠕動泵管把水排出，這樣會出現(xiàn)轉輪變形，擠壓不嚴，排水不暢的問題，保護過濾器裝置里已有大量積水，膜式過濾器進水堵塞管路，最終導致數(shù)據(jù)測量異常，所以應采用較為結實耐用的材料，一般使用的蠕動泵選用的是PVC材質，采用黃銅或不銹鋼材料加工轉輪來代替它能很好防止這種情況的出現(xiàn)。

3.6 分析儀數(shù)據(jù)不準確問題

分析儀所在的室內空間較小，可能會出現(xiàn)廢氣未完全排除，有一部分滯留在室內的情況，這樣在對數(shù)據(jù)與大氣內數(shù)據(jù)進行比對時，可能會造成對于大氣測量的這一參照組數(shù)據(jù)不準確而導致數(shù)據(jù)測量出現(xiàn)偏差，引起測量數(shù)據(jù)整體偏小的情況，最好的解決辦法是將廢氣完全排除，并定期做好檢查工作，減小由此帶來的誤差。

4 結語

目前的環(huán)境污染問題越來越嚴峻，所以國家未來對于火電廠等污染較為嚴重的工業(yè)監(jiān)管力度將越來越嚴格，所以CEMS作為嚴格檢測火電廠排放的系統(tǒng)，會越來越廣泛地被使用，所以如何更好地使用CEMS也是我們需要考慮的問題，在使用的過程中，對于問題要早發(fā)現(xiàn)早解決，從根本入手，保證CEMS得出的數(shù)據(jù)準確、高效，更好地為企業(yè)服務，為環(huán)保做出貢獻。

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