火電廠煙氣在線監測及排放控制

武忠仁

（華能新疆吉木薩爾發電有限公司，新疆吉木薩爾，831500）

1 火電廠煙氣在線監測系統概述

1.1 系統應用意義

在火電廠運營生產期間，受到能量轉換方式、工藝技術的限制，將會持續釋放粉煤灰和硫煙氣等有毒氣體，對火電廠周邊生態環境造成嚴重污染破壞，進而影響到動植物生長與人體健康。針對這一問題，多數火電廠陸續采取增加脫硫除塵處理工序、使用空氣冷卻汽輪機、應用壓力轉換技術、提高沸水能量利用率等措施，在直接與間接層面上起到一定程度的節能環保效果，但實際效果未達到預期標準，仍舊會排放少量有毒煙氣，粉塵污染、空氣污染問題時有出現。與此同時，對煙氣在線監測系統的建立與應用，將在火電廠生產期間持續采集流量、壓力、溫度、粉塵濃度、凈煙氣排放量等現場監測數據，幫助工作人員全面掌握火電廠現場生產情況與煙氣排放控制情況，在出現有毒煙氣過量排放等問題時，可以在短時間內正確了解問題產生原因，并采取調整工藝控制參數、設備運行狀態等方法手段來解決這類問題。同時，系統還將起到“查缺補漏”作用，幫助火電廠與工作人員掌握煙氣排放控制與生產活動中的薄弱環節，持續改進原有工藝技術。

1.2 系統類型及比選

目前來看，在各項火電廠項目中，由于火電廠建設規模、煙氣排放控制需求、工藝技術種類存在差異性，并未建立完全一致的煙氣在線監測系統，系統類型包括直接測量式、稀釋式與直接抽取式三種，各類煙氣在線監測系統的測量方式、工作原理和優缺點不一致，需要根據項目情況加以慎重選擇。

首先，直接測量式煙氣在線監測系統采取在煙道內部安裝分析儀與信息傳感裝置的測量方法，裝置設備和火電廠生產期間產生的含硫煙氣保持直接接觸狀態，可以獲得相對較為準確的現場監測信號，并直接將監測結果發送到系統后臺。根據實際應用情況來看，這類煙氣在線監測系統具有較好的優勢，但在所安裝分析儀與信息傳感裝置持續受到含硫煙氣腐蝕，實際使用壽命較短，時常出現運行故障，并需要定期更換全新的現場監測設備，總體使用成本相對較高。

其次，稀釋式煙氣在線監測系統采取安裝探頭裝置來收集現場煙氣樣本，按順序執行煙氣除水、除塵、配氣稀釋等操作步驟，最終完成樣本分析任務，向系統后臺發送樣本分析結果的測量方法，多用于完成高濕度環境的煙氣現場監測任務，監測精度并不會受到環境干擾，但其成本較高、內部結構復雜，僅在特定場景中得到應用。

最后，直接抽取式煙氣在線監測系統采取安裝預處理設備和探頭裝置，在火電廠生產期間開展煙氣采樣和預處理操作，再控制分析儀設備分析樣本組成成分來獲取現場監測結果的測量方式。在火電廠項目中，此類系統多用于高塵環境與高濕度環境，有著設備裝置運行穩定、使用壽命長、不易出現故障問題的優勢，但現場裝置設備的操作流程較為繁瑣，系統后臺所獲取現場監測數據的時效性缺乏保障，且系統運行能耗較大。

1.3 系統應用場景

在火電廠項目中，煙氣在線監測系統主要應用于現場監測信號采集、數據分析處理場景。其中，在現場監測信號采集場景，通過在生產現場安裝信息傳感裝置、探頭裝置和分析儀等設備，持續采集粉塵、煙氣、流量、壓力、溫度等參數，再將現場監測信號進行初步分類整理，上傳至系統后臺。要求火電廠根據煙氣在線監測需求來選擇現場裝置的種類型號，如配置采樣探討、氣體分析器、取樣管線來分析SO2、O2與NOx等煙氣氣體，配置SITRANS P壓差/溫度變送器分別測量壓力值與溫度值。而在數據分析處理場景，在系統中安裝PLC可編程邏輯控制器，自動對所收集現場監測信號執行信號轉換、邏輯分析等操作，將其轉換為簡單、直觀的數據信息，以及自動生成曲線對比圖和統計報表。此外，可選擇預先在煙氣在線監測系統中設置各項參數的警戒值，系統運行期間持續對比所采集現場監測信號與對應警戒值，如果出現數值超限情況，系統將自動執行預先導入的控制方案。例如，在系統中預設過濾器浮塵警戒值，在系統運行期間檢測到過濾器表面浮塵厚度超標時，自動下達控制指令，使用壓縮空氣，將過濾器表面浮塵吹掃至煙道內部。

1.4 煙氣在線監測系統優化措施

在火電廠采取稀釋式或直接測量式煙氣在線監測系統時，受到復雜現場環境影響，系統設備在運行期間將會頻繁出現運行故障，進而影響到系統運行狀態和煙氣排放控制效果。因此，火電廠必須同步開展系統維護保養與故障檢修工作。

首先，在系統維護保養環節，建立起長效的系統維護保養制度，明確維護保養內容、操作步驟、標準要求和注意事項，定期對現場監測裝置與儀器設備開展日常維護保養工作，清理設備裝置表面附著與內部堵塞的灰塵雜質，更換老化磨損元件、觀測制冷器溫度等運行參數，檢查測塵儀風機、保護過濾器等裝置設備運行工況，并對維護保養過程加以記錄。同時，在維護保養期間發現裝置設備隱性故障和異常運行情況時，及時將問題上報反饋，組織開展故障診斷與設備檢修工作。例如，使用潔凈水體反復清洗制冷腔表面附著的灰塵污漬、每隔半年更換全新的制冷器下蠕動泵機、更換破損的取樣管、疏通取樣管內部堵塞物。

其次，在故障檢修環節，要求工作人員掌握各類型故障問題的產生原因、客觀發生規律和正確處理方法。例如，在采取稀釋式煙氣在線監測系統時，偶爾出現采樣管路進水故障，問題產生原因包括伴熱管線堵塞、主氣路負壓超標、探頭過濾筒堵塞等，工作人員應分別檢查各處管路裝置情況，鎖定堵塞部位，使用清水多次沖洗堵塞灰塵，再將管路與探頭過濾筒的殘留水分吹干。

2 火電廠煙氣排放控制的有效措施

2.1 確定煙氣排放控制總體思路

現階段，在部分火電廠項目中，尚未樹立起清晰、明確的煙氣排放控制思路，所采取各項控制措施缺乏關聯性，沒有形成完整的煙氣排放控制體系，實際控制效果并不理想。因此，要求火電廠積極借鑒國內外成熟項目的案例經驗，以煙氣在線監測系統作為煙氣排放控制體系的核心，及早構建完善的煙氣在線監測系統，配置高效靜電除塵器、移動極板靜電除塵器、WESP濕式靜電除塵器等裝置，以及采取石灰石-石膏濕法脫硫等工藝技術。如此，在火電廠生產活動中，操作人員根據系統所采集現場監測信號與數據分析結果，為靜電除塵器裝置啟動運行、煙塵脫塵技術參數的制定調整提供信息支持，實現煙氣排放控制效果的最優化目標。

2.2 進一步擴大煙氣在線監測系統覆蓋范圍

目前來看，火電廠所建立的煙氣在線監測系統的實際監測范圍有限，并未完全覆蓋火電廠生產現場與全部環節，存在煙氣排放控制盲區與薄弱環節。例如，受到煙氣在線監測系統限制，工作人員無法全面掌握火電廠各區域的實時煙氣排放量、煙氣組成成分等參數，偶爾出現少量未經處理有毒煙氣排入大氣環境的問題。針對這一問題，需要火電廠持續擴大煙氣在線監測系統的實際覆蓋范圍，具體措施包括安裝新一代PLC裝置、增加生產現場信息傳感裝置的安裝數量及分布密度、在煙氣產生和處理排放等區域均安裝現場監測裝置、根據工藝技術選擇性增加監測裝置種類。例如，在某火電廠項目中，為控制煙氣中二氧化硫氣體的排放量，選擇采取石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，同步更新現場監測裝置的種類，煙氣在線監測系統可以采集液氣比、石灰石粉顆粒粒度、脫硫吸收塔進出口煙氣溫度、煙氣含氧量等參數，根據監測結果調整工藝控制參數，如將進入吸收塔的煙氣溫度始終維持在96℃左右，從而將煙氣脫硫效率保持在90-95%區間范圍內，如果煙氣溫度得不到有效控制，將會直接影響到煙氣脫硫效率，如在煙氣溫度到達103℃時煙氣脫硫效率將會降低至84.8%。

2.3 排放數據預處理

以上提及，煙氣在線監測系統是煙氣排放控制體系的核心，系統運行情況直接影響到煙氣總體排放效果，以及間接影響到石灰石-石膏濕法煙氣脫硫、靜電除塵等煙氣污染物排放控制措施的實施效果。然而，部分所建立煙氣在線監測系統的數據處理能力較差，雖然可以在短時間內完成海量數據的處理任務，但卻無法保證數據處理結果的真實性與準確性，進而對煙氣排放控制方案、策略的制定起到誤導作用，難以取得理想的煙氣排放控制效果。因此，為突破煙氣控制排放體系的局限性，應在煙氣在線監測系統中增加排放數據預處理環節，系統依次執行數據清理、集成處理和規約處理操作，從而簡化數據處理流程，在保證數據結果真實準確的前提下，進一步提高數據處理效率。其中，在數據清理步驟，執行數據識別、離群點刪除、缺失值填寫等操作，從海量數據中篩除重復數據，并對異常數據加以糾正處理。在數據集成處理步驟，根據數據來源、關聯分析結果與屬性狀態，將數據導入數據庫中對應類型的文件內進行歸檔保存。而在數據規約處理步驟，從所收集現場監測數據中提取高價值數據，以規約形式加以呈現，從而起到提高數據處理效率、保證數據時效性、減少數據處理量的作用。

2.4 完善煙氣在線監測系統使用功能

根據火電廠煙氣在線監測系統早期使用情況來看，普遍存在系統使用功能單一的問題，僅能做到對火電廠生產期間煙氣排放量、流量、粉塵量等參數的實時統計，應用作用主要體現在提供生產方案決策建議方面，并無法幫助工作人員在煙氣排放量超標等問題出現的第一時間采取有效處理措施，簡單來講，則是煙氣排放的事中控制力度不足。因此，火電廠需要根據煙氣排放控制需求，對當前的煙氣在線監測系統功能結構加以補充完善。例如，考慮到現代火電廠有著規模龐大、工藝流程復雜的特征，可以在系統中增加區域定位、實時查詢、自動預警等使用功能。例如，對區域定位和自動預警功能的設置，在系統運行期間檢測到參數超限問題時，將自動發送報警信號，向值班人員發送詳盡的報警報告，內容包括煙氣超標排放位置、具體排放量、問題發生前一段時間的現場監測數據及曲線圖表等，幫助工作人員更好的分析問題產生原因、制定合理的煙氣排放控制方案。此外，在煙氣在線監測系統建立之初，可選擇應用PLC技術，所構建PLC系統有著擴展性強、升級維護簡單、編程方便的優勢，系統結構由若干保持獨立狀態的模塊單元組成，工作人員僅需根據系統升級需求，對特定模塊單元進行增減處理，即可完成系統升級擴展任務，調整系統功能結構。