火電廠煙氣在線粉塵儀國產(chǎn)化改造探討

滄州華潤熱電有限公司 趙國成

1 概述

某火電廠裝機(jī)2＊330MW機(jī)組2015年完成了兩臺(tái)機(jī)組的超低排放改造，當(dāng)時(shí)國內(nèi)無相關(guān)小量程在線粉塵儀生產(chǎn)設(shè)備商，煙氣在線監(jiān)測CEMS系統(tǒng)安裝了兩臺(tái)國外進(jìn)口某品牌DR-820F型粉塵儀，目前已經(jīng)連續(xù)使用時(shí)間超過7年，隨著時(shí)間的推移，設(shè)備逐漸進(jìn)入壽命中后期，設(shè)備弊端不斷顯現(xiàn)，更新?lián)Q代迫在眉睫。隨著時(shí)間推移，進(jìn)口粉塵儀維護(hù)費(fèi)用高，接口不友好，產(chǎn)品升級難度大等缺點(diǎn)逐漸暴露。近年來，隨著環(huán)保產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，國產(chǎn)小量程在線監(jiān)測粉塵儀可靠性已經(jīng)完全滿足現(xiàn)場使用需要，并逐漸進(jìn)入現(xiàn)場應(yīng)用階段，并且國產(chǎn)粉塵儀生產(chǎn)商售后網(wǎng)絡(luò)健全，維護(hù)便利使用性價(jià)比高，接口信息化程度友好便于升級，某電廠實(shí)施粉塵儀國產(chǎn)化改造后效果良好。

本文主要分析某火電廠對煙氣CEMS系統(tǒng)粉塵儀進(jìn)行國產(chǎn)化改造的成功應(yīng)用情況，實(shí)踐表明，火電廠超低排放粉塵儀國產(chǎn)化改造可靠性、可行性滿足生態(tài)環(huán)境部門煙氣深度治理等環(huán)保政策相關(guān)要求。

2 進(jìn)口粉塵儀表簡介

某火電廠2015年超低排放改造時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組排放口各安裝一臺(tái)進(jìn)口粉塵儀，該粉塵儀為德國某環(huán)保儀表公司生產(chǎn)，采用射流泵抽取煙道煙氣后，經(jīng)過粉塵儀測量單元進(jìn)行測量，煙氣抽取采樣管路采用全流程加熱，保證抽取到測量室的煙氣垂直穿過激光光路，發(fā)射接收透光度與煙塵含量成一定的相關(guān)關(guān)系，經(jīng)過內(nèi)部智能計(jì)算得出相應(yīng)的煙塵濃度，從而向CEMS系統(tǒng)及DCS系統(tǒng)輸出相應(yīng)的粉塵測量濃度。

該型進(jìn)口品牌粉塵儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)分體安裝占用測點(diǎn)平臺(tái)面積大，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)雜，整套系統(tǒng)造價(jià)昂貴，維護(hù)要求極高，隨著使用年限的增加，弊端不斷暴露，由于是進(jìn)口設(shè)備，備件采購周期長費(fèi)用高，售后網(wǎng)絡(luò)不健全，技術(shù)服務(wù)要價(jià)較高且不及時(shí)，維護(hù)工作量繁重，對維護(hù)質(zhì)量保障要求帶來了不小的挑戰(zhàn)。

3 國產(chǎn)化粉塵儀介紹

3.1 國產(chǎn)粉塵儀構(gòu)成。

某火電廠采用的國產(chǎn)化粉塵儀結(jié)構(gòu)清晰，內(nèi)部緊湊，整套粉塵儀由3部分組成，分別為MP（測量單元）、IPU（綜合處理單元）、FU（風(fēng)機(jī)單元）。如圖1所示。

圖1 國產(chǎn)粉塵儀構(gòu)成圖

MP（測量單元）安裝于被測煙道上，用于采樣抽取煙道內(nèi)的含塵潮濕煙氣，經(jīng)過加熱器烘干后送往IPU。MP主要包括加熱器、溫度傳感器、皮托管組成。

IPU（綜合處理單元）。通過電控單元（ECU）完成對來自MP的煙道抽取煙氣加熱恒溫、采樣濕煙氣抽取控制、顆粒物濃度測量等功能；IPU主要由電控單元（ECU）、差壓傳感器、進(jìn)氣閥、出氣閥、射流泵、溫度傳感器、激光分析模組（PDM）、溫壓流模塊（TPM）構(gòu)成。

FU風(fēng)機(jī)單元。為IPU單元提供一定壓力、流量的潔凈氣體提供射流用氣。FU由空氣過濾器、風(fēng)機(jī)、變頻器構(gòu)成。

3.2 激光分析模組原理。

國產(chǎn)粉塵儀激光分析模組（PDM）采用前散射原理測試顆粒的散射光強(qiáng)度，通過特定的算法計(jì)算輸出煙塵的濃度。內(nèi)嵌的高穩(wěn)定激光信號(hào)源穿越恒溫測量池，照射煙塵粒子，被照射的煙塵粒子反射激光信號(hào)，反射光強(qiáng)度與煙塵濃度成正比。接收單元與發(fā)射單元以特定的散射角接收煙塵信號(hào)，獲得極高的檢測靈敏度。

3.3 工作原理

電控單元（EUC）控制IPU中的進(jìn)氣閥和出氣閥打開，然后控制FU中的風(fēng)機(jī)開啟，MP抽取煙道內(nèi)的含塵潮濕煙氣，經(jīng)過加熱器烘干預(yù)處理后，送往IPU中的測量池，激光分析模組完成測量池內(nèi)顆粒物濃度測量并把數(shù)據(jù)返回EUC。內(nèi)置的溫壓流模塊通過測量探頭上的皮托管，實(shí)時(shí)采集煙道中煙氣溫度、壓力、流速、差壓信號(hào)，并把數(shù)據(jù)返回電控單元，電控單元根據(jù)采集的采樣流速和煙道流速，通過變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)射流，從而實(shí)現(xiàn)等速采樣。

3.4 特點(diǎn)

國產(chǎn)粉塵儀具備超低量程，最小量程達(dá)到（0～5）mg/m3，超高靈敏度，最低檢出限0.01mg/m3。

圖2 國產(chǎn)粉塵儀工作原理圖

采用射流技術(shù)，從煙道中抽取部分煙氣，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝簡單、抗雷擊、抗惡劣環(huán)境、成本低、維護(hù)量小。

通過內(nèi)置的流速測量裝置，實(shí)現(xiàn)等速采樣。煙氣傳輸過程進(jìn)行連續(xù)加熱恒溫，防止傳輸過程濕煙氣冷凝產(chǎn)生的測量誤差。

接口豐富，包括（4-20mA）電流環(huán)輸入接口、RS485通信接口、外部輸出開關(guān)量狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。

3.5 技術(shù)指標(biāo)（見表1）

表1 技術(shù)指標(biāo)

4 實(shí)施國產(chǎn)化改造

4.1 研討改造方案

國產(chǎn)化改造方案立足于經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，為減少改造過程中對實(shí)際煙氣在線監(jiān)測參數(shù)測量上傳的影響，改造安排在停機(jī)時(shí)間進(jìn)行，并對原有粉塵儀信號(hào)、電源電纜等原有設(shè)施在滿足使用要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行充分利舊。某電廠兩臺(tái)機(jī)組，利用好機(jī)組計(jì)劃檢修停機(jī)期間進(jìn)行了實(shí)施，逐臺(tái)進(jìn)行改造，最大限度避免了在線測量參數(shù)在機(jī)組運(yùn)行期間，改造造成的參數(shù)異常情況發(fā)生。

4.2 粉塵儀安裝調(diào)試

首先在機(jī)組計(jì)劃檢修期間，拆除原有機(jī)組排放口進(jìn)口某品牌粉塵儀及附屬設(shè)備，在原進(jìn)口粉塵儀測點(diǎn)位置安裝焊接國產(chǎn)粉塵儀轉(zhuǎn)接法蘭，避免了再次凈煙氣煙道開孔防腐等繁雜工序，并確保了采樣測點(diǎn)與原來位置的一致性；將粉塵儀主機(jī)及控制柜固定就位，進(jìn)行設(shè)備接線及管路連接，與CEMS系統(tǒng)信號(hào)接線利用原有電纜利舊，確保管路及線纜信號(hào)連接無誤后，對國產(chǎn)粉塵儀系統(tǒng)柜進(jìn)行上電調(diào)試，重點(diǎn)檢查校對粉塵傳輸信號(hào)及量程。

改造后的國產(chǎn)化粉塵儀在機(jī)組啟動(dòng)后進(jìn)行168h試運(yùn)，試運(yùn)期間安排技術(shù)人員及安裝調(diào)試單位跟蹤測量過程參數(shù)變化，觀察其工作穩(wěn)定性，確保168h試運(yùn)期間粉塵參數(shù)準(zhǔn)確上傳。試運(yùn)期間粉塵儀工作穩(wěn)定良好，參數(shù)響應(yīng)靈敏，可靠性高，某電廠國產(chǎn)化粉塵儀順利通過了168h試運(yùn)。

5 改造效果驗(yàn)證

5.1 改造前后參數(shù)對比

某電廠2022年完成兩臺(tái)機(jī)組的進(jìn)口粉塵儀治理改造，拆除原有進(jìn)口粉塵儀，在原有煙塵測量位置安裝國產(chǎn)粉塵儀，粉塵儀投運(yùn)后通過改造前與改造后的機(jī)組排口粉塵排放濃度歷史曲線進(jìn)行比較，數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)，圓滿達(dá)到了深度治理煙氣粉塵濃度測量的要求。如圖3、圖4所示。

圖3 改造前粉塵排放濃度數(shù)據(jù)曲線

圖4 改造后粉塵排放濃度數(shù)據(jù)曲線

改造后國產(chǎn)化粉塵排放濃度響應(yīng)靈敏度明顯要高于進(jìn)口粉塵儀，從DCS曲線觀察靈敏度大幅提高效果良好。改造后運(yùn)行一周時(shí)間，粉塵排放數(shù)據(jù)監(jiān)測穩(wěn)定，滿足深度減排要求，并通過了專家驗(yàn)收。國產(chǎn)化改造后粉塵監(jiān)測排放指標(biāo)見表2。

表2 粉塵排放指標(biāo)

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

某電廠國產(chǎn)化粉塵儀每臺(tái)造價(jià)比進(jìn)口粉塵儀造價(jià)低50%，但產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益卻十分顯著，并且國產(chǎn)粉塵儀廠商售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)完善健全，能夠及時(shí)滿足環(huán)保設(shè)施運(yùn)行維護(hù)的技術(shù)服務(wù)需求，顯現(xiàn)出較大的產(chǎn)品后期優(yōu)勢。國產(chǎn)粉塵儀后續(xù)備品備件價(jià)格也較進(jìn)口粉塵儀大幅降低，體現(xiàn)出較高的經(jīng)濟(jì)性。在設(shè)備一次性投資及后期運(yùn)行費(fèi)用方面，國產(chǎn)化粉塵儀都顯示除了較高的性價(jià)比。

5.3 運(yùn)維保障效果

粉塵儀國產(chǎn)化改造后人機(jī)界面友好，便于使用單位能更好地學(xué)習(xí)掌握使用，有利于提高維護(hù)技術(shù)人員的技術(shù)水平，促進(jìn)更好地做好粉塵儀維護(hù)工作，有利于進(jìn)一步提高運(yùn)維質(zhì)量水平，提高粉塵儀運(yùn)行可靠性。國產(chǎn)化粉塵儀生產(chǎn)商提供24h技術(shù)服務(wù)，為運(yùn)維保障提供了強(qiáng)大的技術(shù)服務(wù)支持。

國產(chǎn)粉塵儀及附屬設(shè)備現(xiàn)場適應(yīng)性好，防護(hù)等級滿足露天室外安裝要求，避免因?yàn)檫M(jìn)口粉塵儀設(shè)計(jì)制作粉塵儀小間及室內(nèi)空調(diào)等設(shè)施，減少了大量資金投入及后續(xù)維護(hù)工作量。

5.4 環(huán)保升級

由于國產(chǎn)化粉塵儀是完全按照國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，后續(xù)能夠滿足隨著環(huán)保政策的變化改造升級更加便利，可實(shí)現(xiàn)功能升級平滑過渡，避免因環(huán)保升級要求被動(dòng)更換設(shè)備的情況發(fā)生，有效克服了進(jìn)口品牌粉塵儀的各種升級弊端，優(yōu)勢非常明顯。

6 結(jié)論

通過某火電廠煙氣超低排放粉塵儀國產(chǎn)化改造的成功實(shí)例，充分表明國內(nèi)成規(guī)模環(huán)保在線監(jiān)測設(shè)備生產(chǎn)商已完全具備小量程煙塵的技術(shù)實(shí)力，此次改造成功充分證明從技術(shù)應(yīng)用角度，驗(yàn)證了粉塵儀國產(chǎn)化改造是一項(xiàng)既切實(shí)可行，又可高效替代國外進(jìn)口粉塵儀老化治理技術(shù)路線。

7 結(jié)語

國內(nèi)火電廠普遍已經(jīng)完成了超低排放改造，南方的一些地域還有京津冀一些火電廠則有更加苛刻的排放標(biāo)準(zhǔn)，煙塵排放濃度要低于5mg/m3[2]，并且國內(nèi)大氣重點(diǎn)管控區(qū)域均實(shí)施了深度減排，自超低排放改造至今，國內(nèi)大部分火電廠機(jī)組排放口在用進(jìn)口粉塵儀接近壽命中后期，考慮粉塵儀的更新?lián)Q代提上了議事日程。某火電廠的此次粉塵儀國產(chǎn)化成功改造，節(jié)省了大量設(shè)備費(fèi)用，國產(chǎn)粉塵儀技術(shù)先進(jìn)可靠，接口豐富售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)健全，人機(jī)接口友好，為火電廠粉塵儀國產(chǎn)化改造應(yīng)用提供了實(shí)例參考，為企業(yè)CEMS穩(wěn)定運(yùn)行提供有益的建議或幫助[3]，對促進(jìn)國內(nèi)環(huán)保設(shè)備發(fā)展及提高火電廠環(huán)保在線設(shè)備可靠性有著重要意義。