火電廠超低排放改造脫硫CEMS系統(tǒng)的選型分析

許程

摘 要：隨著火電廠環(huán)保排放標準的提高，火電廠超低排放技術被廣泛運用，隨之帶來的是CEMS測量準度與精度不能滿足超低排放技術的需求。該文即針對該種情況，著重介紹燃煤電廠超低排放濕法煙氣脫硫的煙氣連續(xù)監(jiān)測儀的選型分析。

關鍵詞：CEMS 超低排放 選型分析

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（c）-0041-02

目前有很多電廠已經完成了超低排放改造，超低排放要求在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于5、35、50 mg/Nm3。火電廠原有的CEMS設備難以滿足超低排放改造后監(jiān)測及監(jiān)督要求，也需要進行相應的升級改造。該文即介紹火電廠超低排放改造脫硫CEMS的選型。

濕法脫硫入、出口CEMS一般設置SO2、O2、NOx、溫度、壓力、流量、煙塵、濕度等測點。

CEMS系統(tǒng)多采用直接抽取法和稀釋抽取法。SO2分析方法有：非分散紅外吸收法、紫外吸收法、稀釋紫外熒光法。其中以非分散紅外吸收法最多，它是一種基于氣體吸收理論的方法，紅外光源發(fā)出的紅外輻射經過一定濃度待測的氣體吸收之后，與氣體濃度成正比的光譜強度會發(fā)生變化，測量相關波段紅外線的衰減幅度即可測量相應氣體的濃度。應用該原理的分析儀有西門子ULTRAMAT 23，ABB公司的EL3020系列，日本HORIBA公司的ENDA-600，艾默生公司的X-STREAM，SICK MAIHAK的S710等。

紫外吸收法通過SO2對紫外特征光譜的吸收原理進行測定，該方法國內CEMS廠家采用較多，以杭州聚光的CEMS-2000為代表，另外國外ABB公司的EL3020分析儀等也有紫外分析模塊，其在國內電廠中相對應用較少。

稀釋紫外熒光法在稀釋抽取法中運用較多。紫外熒光法是基于分子發(fā)射光譜法，主要有美國熱電子（Thermo Electron公司）的43I，日本HORIBA公司的APSA-370，上海華川環(huán)保科技有限公司的美國API等。

NOx分析方法主要有：非分散性紅外吸收法（NDIR法）、紫外吸收法和稀釋-化學發(fā)光法等。非分散性紅外吸收法的分析原理及廠家品牌同SO2分析儀。

化學發(fā)光法測量NOX是根據(jù)NO和臭氧氣相發(fā)光反應的原理制成的。把被測氣體連續(xù)抽入儀器，其中的NOX經過NO2-NO轉化器后，都變成NO進入反應室，在反應室內與臭氧反應生成激發(fā)態(tài)NO2。當激發(fā)態(tài)NO2回到基態(tài)時，就會放出光子，光子通過濾光片和光電倍增管后轉變?yōu)殡娏π盘枺娏餍盘柕拇笮∨cNO的濃度成正比。應用該原理的主要有美國熱電子（Thermo Electron公司）的42I，日本HORIBA公司的APNA-370，上海華川環(huán)保科技有限公司使用的美國API等。

檢測O2大多采用電化學氧化鋯法或熱磁法測量煙氣中O2，也有采用電化學原電池法測量O2[1]。

隨著超低排放改造的逐步實施，火電廠原有的CEMS設備，尤其以非分散性紅外吸收法（NDIR法）分析原理的多組分分析儀為代表難以滿足超低排放下的排放監(jiān)測及監(jiān)督要求。主要表現(xiàn)在兩個方面：首先是量程過大，尤其是超低排放出口的量程過大，其次是測量精度不夠。因此需要對原有CEMS系統(tǒng)進行改造或更換。從CEMS分析原理來看，使用稀釋抽取法的CEMS分析儀，精度和量程都容易滿足超低排放的要求。譬如美國熱電子（Thermo Electron公司）的43I和日本HORIBA公司的APSA-370 SO2分析儀，其低量程都可以設置為0～100 mg/m3（可根據(jù)需求定制），檢出下限為0.01 mg/Nm3；美國熱電子的42I和日本HORIBA公司的APNA-370的NOx分析儀，其低量程可以設置為0～50 mg/m3（可根據(jù)需求定制），檢出下限為0.01 mg/Nm3，均可以滿足超低排放的要求。直接抽取法原理的CEMS設備則需要CEMS廠家進行相應的改造來達到超低排放的要求。以北京雪迪龍公司的SCS-900西門子ULTRAMAT 23為例。常規(guī)CEMS無法滿足“超低排放”低濃度氣體的準確測量的原因為采用管路吸附，待測氣體溶于水等，造成待測氣體損失以及管路腐蝕嚴重。針對以上問題，對預處理系統(tǒng)進行了改造，采用快速旁路，縮短樣氣在管路中停留時間，減少管路對待測氣體的吸附，采用滲透管脫水技術，待測氣體無損失。改造后該分析儀低量程可以設置為0～100 mg/m3，檢出下限亦能滿足超低排放要求。該產品在某電廠的超低排放改造中得到了很好的應用，通過了環(huán)保部門的驗收。

光散射法在火電廠粉塵測量中應用較多。光散射法基于光散射原理，經過調制的激光或紅外平行光束射向煙氣，煙氣中的煙塵將入射光向所有方向散射，經煙塵散射的光強在一定范圍內與煙塵濃度成正比例，通過測量散射光強度來定量煙塵濃度。超低排放改造后該方法在脫硫入口仍然適用，但不適用于脫硫出口，因為脫硫出口煙氣中水分含量比較大，且粉塵含量較低。超低排放中對于脫硫出口粉塵的測量采用抽取法，系統(tǒng)通過等速取樣裝置從煙道中連續(xù)抽取代表性煙氣，加熱到結露點溫度以上使水滴蒸發(fā)，然后測量干煙氣條件下的顆粒物濃度。該類型粉塵儀通常采用窄角度前散色測量方式，使顆粒物類型和折射率變化的影響最小化。此類型粉塵儀常用的產品有英國PCME STACK 181WS，德國杜拉革DURAG D-820F，德國福德世的PFM06ED，中國安榮信的LFS1000—MO，這些粉塵儀的低量程為0～15 mg/m3，均可滿足超低排放的要求。

煙氣流量的測量也是CEMS測量中的一個難點，主要是煙氣管道的管徑大，前后直管道短，測量裝置容易堵塞。根據(jù)環(huán)保部相關文件：對普遍存在的煙氣流速（流量）測量不準等問題應按技術規(guī)范要求調整采樣點位，不具備調整條件的，換裝矩陣式流速儀等新型設備[2]。目前在超低排放改造工程中，大部分電廠采用矩陣式流量計測量煙氣流量。矩陣式流量計是基于類孔板原理，在煙道截面上采用等截面多點測量，根據(jù)各測量截面尺寸的大小、直管段長短等因素確定測量點數(shù)，將許多個測量點等截面有機地組裝在一起，正壓側與正壓側相連，負壓側與負壓側相連，正、負壓側各引出一根總的引壓管，分別與差壓變送器的正、負端相連，測得截面的平均速度，然后計算出煙氣流量。矩陣式流量計的主要廠家有南京益彩、南京友智等，在國內火電廠均有較多的應用。

超低排放改造后CEMS系統(tǒng)中O2、溫度、壓力、濕度等設備的選型與超低改造前的基本一致，該文不再詳述。

由于CEMS設備選型決定了火電廠的運行質量，超低排放改造對火電廠CEMS系統(tǒng)提出了更高的要求，深入比較和分析CEMS測量技術對于設計、選型和應用具有較大的借鑒意義。

參考文獻

[1] 孟曉光.燃煤電廠超低排放濕法煙氣脫硫系統(tǒng)CEMS系統(tǒng)的選型及應用[J].科技傳播，2016（14）：236-237.

[2] 環(huán)保部.關于加強“十二五”主要污染物總量減排監(jiān)測體系建設運行情況考核工作的通知，環(huán)發(fā)〔2013〕98號[Z].2013.