提高熱電鍋爐CEMS精確度的實踐

陳紅果

（攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司能源動力分公司，四川攀枝花 617000）

前言

十八大以來國家出臺和修訂一系列生態環境保護方針政策、法規標準，扎實推進生態文明建設。而環境監測則是生態文明建設大廈的根基，其中，環境監測數據是國家制定生態環境方針、政策的重要參考，也是政府部門實施生態環境監管的有效依據，更是企業落實主體責任的重要體現，是生態環境保護工作的生命線?！豆潭ㄎ廴驹礋煔猓⊿O2、NOx、顆粒物）排放連續監測技術規范》（HJ 75-2017）和固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續監測技術要求及檢測方法》（HJ76-2017）的出臺進一步規范了在線監測設備的技術參數要求，對環境監測數據提了“真”“準”“全”的要求，即真實、精準、全面，同時排污許可制的實施倒逼企業進一步強化環境保護工作，提升污染物治理水平、保障環保設施穩定運行、污染物達標排放，自證合規。因此企業做好污染源自行監測工作，保障自行監測設施穩定運行、精確測量，在環保工作中顯得尤為重要。

1 運行現狀

能源動力分公司熱電站有4 臺煤粉、煤氣混燒鍋爐，鍋爐外排口屬環保重點監控點位，要求外排污染物在線監測，數據實時上傳國控環保監管平臺。主要監測因子包括二氧化硫、氮氧化物、煙塵、流量、溫度、壓力、氧含量等。見圖1。2018 年3 月1日起執行，新規范對煙氣排放連續監測系統運行的要求更高，導致原監測系統分析儀量程不匹配問題凸顯。為此，對影響CEMS 系統日常穩定運行的故障、問題進行分析研究，落實解決措施，并結合工藝及排放指標按照新規對CEMS系統實施升級改造。

圖1 熱電站鍋爐CEMS系統示意圖

2 熱電站鍋爐CEMS系統運行存在的主要問題及對策

2.1 管路、設備異常

（1）長時間連續運行和管路老化，監測系統一級過濾器和伴熱管彎折處易形成濕煙塵堆積堵塞，造成氣路不暢，致使二氧化硫、氮氧化物和氧含量測量值變化緩慢，出現二氧化硫、氮氧化物實測值失真和恒值數據異常。

式中：Y——實際煙氣狀況下顆粒物斷面濃度平均值，mg/m3；

YS——標準狀況干煙氣下顆粒物斷面濃度平均值，mg/m3；

t——測定斷面平均煙溫，℃；

Ba——測定期間的大氣壓，Pa；

Ps——測定斷面煙氣靜壓，Pa；

XSW——測定斷面煙氣含濕量，%。［1］

（2）顆粒物分析儀或煙氣分析儀鏡面污損，造成顆粒物、二氧化硫、氮氧化物實測值異常。

（3）顆粒物分析儀或煙氣分析儀出現零點或量程漂移，造成顆粒物、二氧化硫、氮氧化物實測值失真。

（4）氮氧化物轉換爐長期在高溫介質中運行，管道內易產生顆粒物堆積凝結，可能造成二氧化硫、氮氧化物實測值失真。

（5）煙氣濕度過大，管路中易形成冷凝液，影響取樣氣路通暢；同時冷凝液會造成煙氣中二氧化硫水溶，導致二氧化硫實測值異常偏低。

2.2 氧含量異常導致顆粒物、二氧化硫、氮氧化物折算值異常超標

判斷鍋爐外排污染物達標與否為污染物折算值濃度（即基準氧含量排放濃度），折算值濃度也是作為超標排放執法的依據，熱電站鍋爐基準氧含量為6%，正常運行中實測氧含量為4%～6%，［2］鍋爐外排污染物實測濃度與折算值濃度關系［3］如下。

式中：ρ——大氣污染物基準氧含量排放濃度，mg/m3；

ρ′——實測的大氣污染物排放濃度，mg/m3；

φ′(Q2)——實測的氧含量，%；

φ(Q2)——基準氧含量，%。

在外排污染物實測濃度為定量的情況下，實測氧含量監測的準確性直接影響污染物折算濃度結果。CEMS 在運行中氧含量監測異常情況主要有以下幾點。

（1）外部因素造成氧含量監測異常。氧含量監測儀及管路安裝在煙道和監測平臺，平臺、煙道鋼結構連接加之送吸風機運轉振動傳播影響，導致檢測儀及管路接頭經常出現松動漏氣現象，空氣進入取樣管路系統使監測氧含量升高。

（2）冷凝器和濕度電極運行異常觸發聯鎖保護，自動停止抽氣泵運行，造成分析儀至伴熱管、煙道間形成負壓狀態，空氣通過分析儀排氣口吸入氣室內，造成氧含量升高。

（3）液位檢測開關故障造成排液泵頻繁啟動排液，由于沒有冷凝水排出，造成空氣通過排液管路進入到測量管路，造成氧含量升高。

（4）氧量測量傳感器受潮或零點漂移，也會造成氧含量測量數據異常，從而影響顆粒物、二氧化硫、氮氧化物折算值異常。

2.3 外排指標達標管控

（1）鍋爐使用煤氣作為燃料，前端來源煤氣質量狀況將直接影響外排煙氣指標。為確保污染物穩定達標，CEMS 系統監測數據同步上傳環保平臺的同時也接入鍋爐工藝控制室，工藝人員根據實時指標狀況進行工藝調節。原傳輸至控制室DCS 系統的外排污染物指標為標況值，不能真實反映鍋爐外排煙氣的指標，影響工藝操作控制外排指標達標的精準度，同時可能導致外排煙氣折算值超標，存在環保風險。

（2）CEMS 系統監測數據通過數采儀上傳至國家環保平臺，國家標準要求CEMS 系統監測數據與環保平臺數據誤差不得大于1%，原CEMS 系統監測數據傳輸至數采儀采用模擬量信號，易受電磁干擾。

2.4 采取的對策措施

2.4.1 針對管路、設備異常

（1）定期反吹，注意檢查氣源壓力，定期檢查一級過濾芯，發現臟污及時清理或更換；

（2）定期檢查顆粒物和氣體分析儀反射鏡面，及時清擦污垢；

（3）定期做好顆粒物和氣體分析儀的零點校對及通標氣校準；

（4）利用每次停爐對氮氧化物轉換爐內部管路進行氮氣吹掃清理；

（5）加強集水罐、管路和排水泵的檢查，保證冷凝水及時排出，氣路暢通。

2.4.2 針對氧含量異常

（1）加強運維巡檢，定時檢查管路、接頭氣密性，發現松動及時緊固，老化及時更換；

（2）注意觀察冷凝器和濕度電極工作允許狀態，發現異常及時處理，避免聯鎖保護誤動作，確保冷凝器正常運行；

（3）定期檢查、調整液位接近開關，保證正常排液；

（4）做好氧量測量傳感器的通風散熱工作，避免受潮或零點漂移。

2.4.3 針對外排指標達標管控

（1）將原傳輸至控制室DCS 系統的外排污染物指標由標況值改為折算值，方便工藝人員根據指標狀況實時調整燃燒工況。

（2）將工控機輸出到數采儀的信號由模擬量傳輸改為數字量傳輸，杜絕了信號干擾和衰減，增強抗干擾能力，提高了監測數據的傳輸準確率。

3 按照新規對CEMS系統實施升級改造

鑒于鍋爐平臺和站房監測設備的測量、傳輸模塊均出現了不同程度老化及設備升級導致的不兼容問題，結合鍋爐當前排放指標情況，按新規范要求對熱電站鍋爐CEMS 系統進行了升級改造和優化配置，重點更換了氣體分析儀、煙塵儀、參數儀、伴熱管、冷凝器等主體部件，通過軟件的優化、升級和部件的更換，保證了CEMS 每套系統的完整性、兼容性和穩定性，提高了測量精度和準確度。見表1所列。

表1 鍋爐固定污染源煙氣排放連續監測系統改造（部件更換）表

4 完善在線監測設施量化管理

（1）按相關規范要求進行日常維護并做好巡檢。

（2）每間站房獨立供電并安裝UPS 不間斷電源，確保穩壓不間斷供電。

（3）安裝溫/濕度儀，控制CEMS 監測室的室內溫度在20°C 左右，相對濕度在50%左右，確保冷凝器散熱效果，為數據采集系統和CEMS 系統相關高精度電子元器件提供較好運行環境，增強CEMS 系統使用壽命。

（4）按HJ75-2017 中的規定定期對標準氣體進行核查，結果符合要求并好標氣更換記錄。

（5）聯網穩定度保證現場機在線率為90%以上。定期檢查聯網卡費用余額，保證費用充足。單臺數據采集傳輸儀每日掉線次數在3 次以內，報文傳輸穩定性在99%以上；當出現報文錯誤或丟失時，啟動糾錯邏輯，重新發送報文。

（6）聯網污染源自動監測設備的維修、更換，必須在24 h 內恢復設施正常運行；設施不能正常運行期間，采取人工監測的方式報送數據，煙氣人工監測每天不少于4次、間隔不超過6 h。

5 結語

通過對能源動力分公司熱電站鍋爐CEMS 系統實施技術管理措施及升級改造，CEMS 系統月度設備運行率、監測數據傳輸率、有效率均大于99%，CEMS 監測數據與上傳至DCS 中控系統數據、環保監控平臺數據偏差小于1%，提高了環保監測設施本質化水平，具有顯著的社會、經濟效益。