1000MW超超臨界機(jī)組超低排放CEMS設(shè)備的選型分析

神華國華壽光發(fā)電有限責(zé)任公司 李大鵬 王召鵬 尹海鵬

1 背景

中國目前使用率最多的詞匯“霧霾”，使環(huán)境保護(hù)理念深入人心。大氣污染治理的日趨嚴(yán)格也是大勢所趨，彰顯了國家對改善環(huán)境的決心。超低排放實(shí)施以來，燃煤機(jī)組污染物排放濃度大大降低，環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)上了新的臺階，對煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS） 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提出了新的要求。

山東壽光公司一期工程項(xiàng)目依托“黃大”鐵路，通過“上大壓小”方式建設(shè)2×1000MW 國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫銷裝置。以“農(nóng)業(yè)文明”“工業(yè)文明”“生態(tài)文明”為目標(biāo)，落實(shí)“高品質(zhì)綠色發(fā)電”要求，建設(shè)運(yùn)營國內(nèi)百萬“超低排放”的燃煤機(jī)組，樹立綠色環(huán)保生態(tài)文明的品牌。

2 概述

山東壽電公司的環(huán)保設(shè)計(jì)：脫硫工藝采用濕式石灰石—石膏法，一爐一塔方式，不設(shè)GGH 裝置、不設(shè)置增壓風(fēng)機(jī)，不設(shè)置煙氣旁路，脫硫系統(tǒng)與機(jī)組同步運(yùn)行，利用引風(fēng)機(jī)克服脫硫煙氣阻力，按燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)脫硫效率不小于98%進(jìn)行設(shè)計(jì)，煙塵排放濃度3.56mg/Nm3，SO2設(shè)計(jì)排放濃度33.31mg/Nm3，NOx 設(shè)計(jì)排放濃度45mg/Nm3。

隨著火電廠大氣污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，排放標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格“紅線”，對環(huán)保設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行要求越來越高；同樣作為連續(xù)監(jiān)測煙氣排放的CEMS 系統(tǒng)，其測量的準(zhǔn)確性、可靠性、真實(shí)性也被提到更高的層面上來。煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(continuous emissions monitoring system,CEMS)是由顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理子系統(tǒng)等組成。由于CEMS 的核心技術(shù)門檻較高，目前國內(nèi)經(jīng)過國家認(rèn)證檢測合格的廠家一般都是產(chǎn)品集成商，走的是“大件引進(jìn)，系統(tǒng)國內(nèi)集成”的模式。選擇合適的CEMS 設(shè)備，必須根據(jù)不同系統(tǒng)的不同適應(yīng)情況進(jìn)行比較，在“超低排放”的背景下探討CEMS 設(shè)備的選型顯得優(yōu)為重要。

3 CEMS 設(shè)備選型分析

3.1 量程的要求

根據(jù)超低排放和設(shè)計(jì)要求，脫硫出口煙氣粉塵、SO2、NOx 排放量非常低。為了保證測量準(zhǔn)確、可靠，低濃度測量最重要的是低量程的設(shè)置。

根據(jù)《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》（76-2017）要求：根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置CEMS 的最大測量值，通常設(shè)置為高于排放源最大濃度的1至2倍。

根據(jù)表1比較確定脫硫出口污染物測量量程如下：

表1 污染物排放指標(biāo)比較

注意：實(shí)現(xiàn)雙量程自動切換，保證儀表在環(huán)保設(shè)施正常工況和非正常工況下測量準(zhǔn)確。

3.2 氣態(tài)污染物監(jiān)測系統(tǒng)

3.2.1 煙氣分析儀煙氣分析儀主要測量氣態(tài)污染物SO2、NOx，是CEMS 系統(tǒng)的核心，也是設(shè)備選型的主要對象。

煙氣測量原理：紅外光譜吸收、紫外光譜吸收、紫外熒光分析、化學(xué)分析、紫外差分吸收光譜。

煙氣分析儀：非分散紅外分析儀、非分散紫外分析儀、紫外熒光分析儀、化學(xué)發(fā)光NOx 監(jiān)測儀。

根據(jù)表2對比可以看出紫外熒光法吸收的光譜最小，適合測量低濃度，符合“超低排放”的設(shè)計(jì)要求，但由于是單組份測量，必須再配置化學(xué)發(fā)光法測量NOx 的分析儀。非分散紅外法吸收的光譜最大，可以測量高濃度，而且能同時(shí)測量多種組份，適用范圍廣，目前應(yīng)用比較多。

表2 分析儀比較

3.2.2 煙氣采樣系統(tǒng)

煙氣采樣系統(tǒng)決定了分析儀測量的準(zhǔn)確性。煙氣采樣系統(tǒng)的采樣方法有：完全抽取法、稀釋抽取法和直接測量法。完全抽取又分為熱濕法和冷干法,見表3。

表3 稀釋法和直接抽取冷干法比較

兩種采樣方法各具優(yōu)勢，維護(hù)量都不小，比較之下，從測量“超低排放”低濃度的角度考慮，稀釋法抽取的樣氣量小，精確度高。

3.2.3 進(jìn)口品牌

由于技術(shù)原因進(jìn)口分析儀占了主流，在中國市場上目前市場占有率較高的進(jìn)口品牌見表4。

表4 品牌介紹

截止到目前，美國、德國、英國、日本是CEMS技術(shù)最先進(jìn)的出口國。稀釋采樣法—熒光檢測技術(shù)，化學(xué)發(fā)光技術(shù)，發(fā)源地美國，技術(shù)典型品牌代表：美國賽默飛。直接抽取冷干法—不透明度光學(xué)系統(tǒng)，發(fā)源地德國，技術(shù)典型品牌代表：德國西門子。

3.2.4 結(jié)論

經(jīng)過以上分析，在“超低排放”的背景下，設(shè)備選型偏重低濃度測量方向，分析儀—紫外熒光分析儀和化學(xué)發(fā)光NOx 分析儀，采樣系統(tǒng)—稀釋法，進(jìn)口品牌—美國產(chǎn)品。

3.3 顆粒物監(jiān)測系統(tǒng)

3.3.1 測量煙氣顆粒物的方法

濁度法：①傳統(tǒng)濁度法：單光程、雙光程；②動態(tài)濁度法

光散射法：①前散射；②邊散射；③后散射

電荷法：①直流電荷轉(zhuǎn)移法；②交流電荷轉(zhuǎn)移法；③動態(tài)電荷法

抽取法：①濕氣體粉塵濃度監(jiān)測；②β 射線法衰減法

3.3.2 技術(shù)比較

技術(shù)比較，見表5。

表5

3.3.3 應(yīng)用的測量儀表對比

應(yīng)用的測量儀表對比，見表6。

表6

3.3.4 分析

動態(tài)濁度法和光散射法其測量原理決定了還是以光源為主，這就意味著必須維護(hù)光源的清潔保證發(fā)光率。由于濕度對其影響很大，保證光源必須連續(xù)吹掃，吹掃源有兩個(gè)：壓縮空氣和吹掃風(fēng)機(jī)。壓縮空氣有兩個(gè)來源：電廠的儀用壓縮空氣和配置專用的空氣壓縮機(jī)。由于吹掃光源對壓縮空氣的質(zhì)量要求很高，必須配置除水除油凈化裝置。吹掃風(fēng)機(jī)也需要定期檢查更換濾網(wǎng)保持空氣清潔。抽取式測量法是針對濕式煙塵的設(shè)備，不受濕度影響，測量也比較準(zhǔn)確，但是價(jià)格昂貴，維護(hù)量大。

預(yù)處理方式：SICK 和PCME為抽取加熱法，抽取后在加熱腔中加熱。賽默飛世爾、DURAG 為抽取稀釋加熱，樣氣抽取后與加熱的稀釋氣混合。

量程：PCME、DURAG 量程范圍為：低量程0～15mg/m3，高量程0～100mg/m3；SICK 量程范圍為：低量程0～5mg/m3，高量程0～200mg/m3；賽默飛世爾量程范圍為：0～250mg/m3。

精度：SICK、DURAG 精度均為滿量程2%，PCME 不確定度小于1mg/m3，賽默飛世爾為：0.25mg/m3。

3.4 結(jié)論

從測量原理、預(yù)處理、量程、精度等幾個(gè)方面比較，在“超低排放”背景下，從技術(shù)的角度（抽取式價(jià)格昂貴）優(yōu)先選擇的順序?yàn)槌槿∈綔y量法、光后散射法、動態(tài)濁度法。

4 結(jié)語

嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，“超低排放”的目標(biāo)都對新建和運(yùn)營電廠CEMS 系統(tǒng)提出更高的要求。由于CEMS 設(shè)備選型決定了投產(chǎn)以后的運(yùn)行質(zhì)量，深入比較和分析CEMS 測量技術(shù)對于設(shè)計(jì)、選型和應(yīng)用仍然具有較大的借鑒意義。