火電廠超低排放煙氣CEMS改造措施

劉洪博

（華能長春熱電廠，長春 130216）

1 引言

為加快推動能源生產和消費革命，進一步提升煤電高效清潔發展水平，國家發展和改革委員會、生態環境部、國家能源局聯合制定的《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》規定，到2020年，現役燃煤發電機組改造后大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值，即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。

2 煙氣排放連續監測系統組成

固定污染源煙氣排放連續監測系統（CEMS）由顆粒物監測單元和（或）氣態污染物SO2和（或）NOx監測單元、煙氣參數監測單元、數據采集與處理單元組成。系統測量煙氣中顆粒物濃度、氣態污染物SO2和（或）NOx濃度，煙氣參數（溫度、壓力、流速或流量、濕度、含氧量等），同時計算煙氣中污染物排放速率和排放量，顯示（可支持打?。┖陀涗浉鞣N數據和參數，形成相關圖表，并通過數據、圖文等方式傳輸至管理部門。

3 燃煤鍋爐超低排放改造項目

某企業2×350MW燃煤機組煙氣脫硫系統采用石灰石-石膏濕法脫硫、一爐一塔脫硫裝置，不設煙氣換熱器（GGH），脫硫效率大于95%。電除塵采用雙室四電場靜電除塵器，除塵器設計效率不小于99.8%。脫硝設備采用選擇性催化還原法SCR脫硝，單爐體雙高灰型SCR結構體布置，不設旁路，SCR煙氣脫硝系統的還原劑采用氨，催化劑初始按“1+2”模式布置，布置一層催化劑條件下脫硝效率不小于50%。

該項目脫硫前后各安裝一套CEMS即原煙氣連續監測系統和凈煙氣連續監測系統。煙氣CEMS取樣方式采用直接抽取采樣法。凈煙氣CEMS系統測量參數：SO2、NOx、CO、O2、煙塵含量、煙氣流量、煙氣溫度、壓力、濕度等。系統的檢測信號通過硬接線方式送入企業分散控制系統（DCS），并將系統測量數據通過有線或無線方式傳輸至相關管理部門。該企業對凈煙氣CEMS進行了超低排放改造。

4 傳統CEMS超低排放煙氣測量技術壁壘

1）分析儀表量程大、精度低、測量誤差大；2）預處理除水能力低，水分對紅外分析儀表有干擾；3）取樣管路對樣氣有吸附，測量值有偏差；4）粉塵儀測量受水汽影響大、粉塵測量數據不準確；5）流速測量采用單點皮托管方法，屬于點測量，測點不完全具有代表性；6）依據煙氣超低排放標準及電廠環保設施進行超低排放升級改造后所產生煙氣的特性，需升級傳統CEMS系統滿足超低排放測量要求。

5 超低排放煙氣CEMS改造措施

5.1 安裝位置選擇

依據《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續監測技術規范》（HJ 75-2017）選擇CEMS取樣點的位置，具體要求如下：1）位于固定污染源排放控制設備的下游和比對監測斷面上游；2）不受環境光線和電磁輻射的影響；3）煙道振動幅度盡可能?。?）安裝位置不漏風；5）安裝位置應盡量避開煙氣中水滴和水霧的干擾，如不能避開，應選用能夠適用的檢測探頭及儀器；6）優先選擇在垂直管段和煙道負壓區域，確保所采集樣品的代表性；7）測定位置應避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位，滿足“前四后二”的要求[1]；8）監測站房與采樣點之間的距離應盡可能短，原則上不超過70米。

5.2 氣態污染物監測單元

按取樣方式不同氣態污染物CEMS系統可分為直接抽取式、稀釋抽取式、直接測量式。該項目以直接抽取式為例[2]。

5.2.1 取樣探頭

為防止煙氣在取樣探頭部位凝結，采用加熱型采樣探頭取樣，取樣探桿也采用加熱型的，保證樣氣在取樣探頭不凝露。

5.2.2 取樣管線

采用一體式加熱型取樣管；樣品傳輸管線全程采用120℃以上高溫伴熱，并選用抗腐蝕和惰性化的材料，以減少樣品吸附；雙管結構，具備全系統校正回路，滿足環保規范要求。

從探頭到分析儀的整條采樣管線的鋪設應采用橋架或穿管等方式，保證整條管線具有良好的支撐。管線傾斜度≥5°，防止管線內積水，在每隔4～5m處裝線卡箍。

5.2.3 預處理系統

預處理系統是對樣品氣進行處理的環節，既將樣氣的條件處理為符合分析儀的分析條件的樣品氣，同時避免樣品成分及濃度失真，預處理系統功能包括除塵、降溫、流量調節、采樣控制等，所有預處理集成在一面機柜中。

為滿足超低排放檢測要求和減少樣氣在預處理中的損耗，預處理系統采用新技術進行升級，采用動態加磷酸+壓縮機制冷除水+滲透干燥器的預處理方式，有效控制了SO2的損耗。5.2.4 紅外氣體分析儀

采用小量程紅外氣體分析儀，測量精度高，紅外光源使用壽命長。直接抽取法CEMS，80%以上都采用非分散紅外分析方法。

由于紅外分析儀一般不能直接測NO2，需增加NOx轉換器將煙氣中的NO2轉化為NO后一并測量，滿足CEMS系統對氮氧化物總量的監測。

5.3 顆粒度監測單元

目前國內主要以激光后散射顆粒物監測儀和加熱抽取激光前散射式顆粒物監測儀為主[3]。激光后散射顆粒物監測儀的價格較低，結構簡單，安裝方便，適用范圍較寬，但激光后散射粉塵儀測量也受以下影響：1）煙氣中顆粒物形態（物理特性）不同，造成測量的偏差；2）光學鏡片污染造成測量的偏差；3）煙氣中水分對測量的干擾；4）儀表本身的漂移問題；5）校準較麻煩。

為了解決脫硫出口高濕、低溫下煙氣中顆粒物監測的難題，目前的解決手段主要是采用加熱抽取激光前散射式顆粒物監測儀。抽取式激光前散射式顆粒物監測儀有如下特點：1）在線連續測量，滿足環保要求；2）加熱抽取，消除水分干擾，適用于高濕、低溫煙氣；3）量程低、精度高，滿足超低顆粒物測量要求；4）自動零點、量程校準；5）探頭自動反吹功能，免維護。

5.4 煙氣流速測量單元

煙氣流速測量，主要采用S型皮托管（差壓法），通過差壓傳感器測出煙氣動壓，根據氣體流速與氣體動壓的平方根成正比的關系計算出煙氣流速。

皮托管差壓法測量流速，準確快速，簡便實用，帶氣路反吹及自動清洗裝置，維護量少。皮托管屬于點測量法，該項目因脫硫出口煙道截面較大，煙氣流速在整個截面流速不完全一樣，單點皮托管不能完全代表整個煙道煙氣的排放速度，建議采用矩陣式流速測量裝置。

矩陣式流速測量裝置的特點：1）實現全截面測量，測量結果更具有代表性；2）防堵設計，維護量??；3）對安裝位置要求較低（相對于“前四后二”）。

6 結論

燃煤機組進行超低排放改造后，煙氣排放的氣態污染物及顆粒物減少，在保證環保排放達標的同時，也促進了燃煤電廠的可持續發展，改善了環境。煙氣CEMS系統作為企業自我管理和政府監管的重要設備和手段，CEMS數據的準確性至關重要，因此對CEMS系統的選型、安裝調試、運行維護等每一個環節都要重視，真正達到安裝CEMS的目的。