淺談固定污染源煙氣排放連續監測系統（CEMS）在電廠中的應用

梁東

（大唐環境產業集團股份有限公司特許經營分公司，江蘇 南京211100）

1 引言

隨著新《環保法》于2015 年1 月1 日的正式實施,火力發電企業的固定污染源煙氣排放的標準越來越受到政府有關部門的重視和加強監管[1]。監測火力發電企業出口SO2、NOx、煙塵是對火力發電企業能否達標排放的關鍵監測手段[2]。為了實現火力發電企業固定污染源煙氣排放進行連續監測, 各個電廠都采用在線監測裝置(CEMS)對煙氣出口SO2、NOx、煙塵進行不間斷測量并實時監控。本文主要針對抽取式在線監測(CEMS)裝置進行說明。

2 系統概述

淮南田家庵發電廠#5 機組(320MW)機組煙氣脫硫系統,采用一爐一塔的濕式鈣法(石灰石- 石膏)煙氣脫硫。固定污染源煙氣排放連續監測系統采用的是直插式在線監測(CEMS)裝置,由于使用年限較久,故障頻發,經常造成固定污染源煙氣排放監測參數失真,決定將原有的直插式在線監測(CEMS)裝置更換為抽取式在線監測(CEMS)裝置。

3 抽取式在線監測(CEMS)裝置工作原理[3]

3.1 抽取式煙氣在線監測裝置。抽取式煙氣在線監測裝置(CEMS),采用伴熱直接抽取采樣法測量SO2、O2、NOX,同時與之配套的粉塵測量儀測量煙氣煙塵,濕度儀測量煙氣濕度,皮托管流速計測量煙氣壓力、差壓,PT100 鉑熱電阻測量煙氣溫度。出口CEMS 系統采用一套PLC 數據采集系統和CEMS 處理系統(DAS)。

3.2 抽取式煙氣在線監測裝置工作原理

3.2.1 關于SO2、O2、NOX參數的測量。煙氣在真空采樣泵動力的作用下,先經采樣探頭前置過濾器、采樣探頭初級過濾器過濾, 經由拌熱溫度為130℃-180℃的防腐蝕采樣復合管線輸送,經一級煙氣冷凝器脫水,進過濾精度為2um 保護過濾器,經流量調節針閥控制流量,進二級冷凝器脫水,經過濾精度為0.2um 阻水過濾器保護除塵,進入氮氮轉換器后將被測煙氣中NO2 氣體轉換成NO 氣體, 從而測量總的NO 最終進入U23 儀表分析SO2、O2、NOX。（圖1）3.2.2 煙塵參數的測量。粉塵測量單元采用激光后散射分析原理的粉塵測量儀, 該儀表采用紅外激光后反射法,實行單邊安裝的安裝方法,很好的避免了由于煙道的變形、震動以及雙邊開孔的對準度等因素所引起的測量不準及測量誤差。（圖2）3.2.3 煙氣流量參數的測量。皮托管流速儀的測量結構主要包括差壓變送器、皮托管、反吹電磁閥。其一次取壓元件采用傳統的皮托管測量方式,在正確安裝后,皮托管的全壓、背壓取壓管將檢測到動壓與靜壓分別傳遞到差壓變送器, 差壓變送器將動壓與靜壓之差轉換為4～20mA 電流傳送給顯示儀表或是CEMS 系統計算機再配以煙氣溫度、煙氣壓力補償與數據計算出煙氣實時流量。（圖3）3.2.4 濕度參數的測量。濕度測量采用干陶瓷感應法測量原理測得4～20mA 電流傳送給顯示儀表或是CEMS 系統計算機。

圖1 U23 分析儀表

圖2 煙塵儀

圖3 流速儀測量原理

4 抽取式在線監測（CEMS）裝置控制和數據采集傳輸處理系統[4]

抽取式在線監測（CEMS）裝置配有一套CEMS 分析機柜用于抽取煙氣并通過U23 儀表分析輸出SO2、O2、NOX，同時采集現場煙氣壓力、煙氣差壓、煙氣溫度、煙氣濕度等參數，CEMS 分析柜內PLC 具備RS485 通訊接口，傳輸固定污染源煙氣排放參數至CEMS 工控機，可以自動生成數據報表，歷史數據查詢，報表打印，事件報警記錄和查詢；同時分析機柜通過光電隔離器也將固定污染源煙氣排放參數傳輸至省調數據采集系統工控機和電廠DCS 系統供集控室運行人員監視操作使用；通過一臺數采儀無線傳輸至環保局，通過環保局監控平臺實時監控電廠固定污染源煙氣排放情況。

5 抽取式在線監測（CEMS）裝置常見問題和日常維護心得

考慮到FGD 出口煙氣含有SO2、NO 腐蝕性氣體，同時由于#5 機組脫硫系統采用濕法脫硫技術，煙氣中含有水分比較大，氣體含有酸性腐蝕能力比較強。抽取式在線監測（CEMS）裝置配備了一套反吹系統，并且在抽取煙氣至U23 儀表的管路上配備了多級保護濾芯裝置，反吹系統的作用是定期執行反吹程序，對主探頭、煙塵儀進行吹掃管路，防止抽取管路堵塞和保證煙塵儀光回路正常工作，配備多級濾芯是將在進U23 分析儀表之前的煙氣進行逐級過濾，保護U23 分析儀表內的傳感器。因此針對抽取式在線監測（CEMS）裝置的工作原理，日常對CEMS 裝置應能做到定期檢查反吹系統是否工作正常，反吹掃氣源壓力是否滿足要求，同時應加強檢查各級濾芯，定期更換保護濾芯。

6 對比直插式在線監測（CEMS）裝置和抽取式在線監測（CEMS）裝置幾點區別

田家庵電廠#5 機組出口CEMS 裝置原先采用的是直插式在線監測裝置，由于直插式在線監測裝置的工作方式是將主探頭直接插入煙道內進行光反射原理測得SO2、NOX、煙塵參數，因此，該測量方式對現場設備使用環境要求很高，通常要求現場主探頭安裝位置應為微負壓，濕度不易過大，否則很容易造成主探頭角反射鏡片粘附灰塵等雜物后臟污，造成主探頭不能正常工作，從而影響固定污染源排放參數的測量，嚴重情況下還會造成發電企業疑似超標排放的情況發生。通過使用抽取式在線監測裝置，采用伴熱直接抽取煙氣的原理，將煙氣通過過濾、冷凝，再過濾后的方式抽取至U23 分析儀表進行煙氣SO2、NOX、O2分析，可以避免由于測點開孔位置的微正壓、濕度相對較大的運行工況帶來的測量誤差。

結束語

固定污染源煙氣排放連續監測系統所使用的監測裝置雖然工作原理各不相同，但隨著國家環保政策要求取締脫硫系統旁路擋板，同時脫硫系統進口增壓風機拆除，鍋爐引風機出力加大，針對這一改變，造成了脫硫系統的煙氣工況的變化，通過對直插式和抽取式線監測（CEMS）裝置的使用比較，個人認為抽取式線監測（CEMS）裝置更能適應現在的這種脫硫系統工況改變的在線監測。本文也即是對環境監測技術的一種探討，希望得到兄弟單位的指導與建議。