火电厂烟气在线监测系统存在的主要问题及进一步加强在线监测工作的建议

黄钟霆,龚道新,吴小平,邹 霖

(1.湖南农业大学 资源环境学院,湖南 长沙410128;2.湖南省环境监测中心站,湖南 长沙410004)

火电厂烟气在线监测系统存在的主要问题及进一步加强在线监测工作的建议

黄钟霆1,2,龚道新1,吴小平2,邹 霖2

(1.湖南农业大学 资源环境学院,湖南 长沙410128;2.湖南省环境监测中心站,湖南 长沙410004)

火电厂燃煤过程排放的污染物是我国大气污染的主要来源之一,烟气排放连续监测系统(CEMS)是实现烟气排放连续监测有效的现代化仪器设备。介绍了目前我国火电厂烟气的CEMS主要存在的问题,并针对这些存在的问题提出了相应的解决方案。

火电厂;烟气排放连续监测系统;在线监测;管理;技术;运行维护

1 概述

对颗粒物和二氧化硫(SO2)进行总量控制是我国今后较长时间内的主要工作,其中对符合条件的电厂和工业锅炉安装烟气排放连续监测系统是控制大气污染的基础和重要手段,是一项利国利民的政策。烟气排放连续监测系统(Continuous Emission Monitoring System,简称CEMS)是脱硫装置正常运行的必需辅助工具,也是火力发电机组污染物排放实时监控的在线仪表,目前在火力发电机组中的应用较为普遍。CEMS主要监测烟气中的颗粒物浓度、气态污染物浓度(SO2、NOx、CO)、辅助参数(烟气温度、流速、氧量、湿度、压力)等。安装烟气排放连续监测系统,一方面对提高燃煤电厂的经济优化运行管理有着积极的帮助;另一方面通过对污染物排放的监测和控制,减少对环境的污染,有着显著的社会效益,是环保部门全面了解污染物排放的重要手段。

由于我国绝大多数火电厂采用的燃料是煤,大量SO2气体对外排放造成对环境的严重污染。因而,对烟气脱硫工艺过程控制系统的研究成为我国当前的一项紧迫任务。从我国火电厂SO2治理现状以及从未来我国能源发展与消耗的态势分析,今后我国火电厂SO2治理工作将更加艰巨,面临的困难和问题将更多、更复杂。为此,本文将通过对目前在线监测系统存在的主要问题进行分析,并提出今后加快我国火电厂烟气建设的建议。

2 CEMS运行的主要管理和技术问题

CEMS是西方发达国家监测污染物排放的重要手段,从上世纪80年代中期开始进入我国市场。CEMS在我国发展缓慢,由于经济、技术、管理上的种种原因,目前我国大气污染物排放连续监测工作尚处于起步阶段,运行状况不是很理想,大部分电厂的CEMS都不能正常、连续使用;能正常、连续运行,通过环保部门验收、环保部门承认数据有效的也是屈指可数。CEMS基本作为环保部门检查所需的建设要求,没有发挥其作用,造成这种现象的原因主要有以下几个方面：

2.1 市场不规范

2.1.1 招投标不规范,前期质量把关不严

火电厂CEMS采购主要有3种方式：(1)随锅炉或主机进口,CEMS属搭车采购,不被重视;(2)单独招标采购,由于采购方对CEMS的作用认识不清,往往不重视质量,一味追求低价;(3)政府部门指定采购,排污费申请使用与指定产品挂钩。

2.1.2 售后服务不能满足CEMS正常运行要求

供货商的实力一是体现在产品质量上,二是体现在售后服务上。售后服务不能满足CEMS正常运行要求主要表现在：安装调试时间长,安装质量差,备品备件不足或不合适,不能及时提供更换部件,售后服务的技术人员水平低等。同时,用户方面也存在一定的问题,增加了售后服务的压力,比如：注重前期采购谈判、出国考察培训,忽视到货验收、安装调试检查,造成设备先天不足,为了控制投资,设备质量不保证,备品配件不充足。

2.2 企业重视不够

企业对CEMS重视不够,主要体现在以下几个方面：(1)积极性不高。很多企业反映,环保部门不承认CEMS监测的数据,环保部门日常监督管理和收费计量都由环境监测站手工监测或采取物料衡算的办法。(2)企业内部管理体制不顺。CEMS装置系统的维护基本上由热工或化学专业负责,CEMS数据收集和报表由环保专业负责,管理上存在相互脱节或职责不清现象,往往造成无人负责的后果。(3)企业基本上没有把CEMS纳入正常的生产管理考核体系。国家电力公司于1998年7月颁布了《国家电力公司火电厂环境保护监督规定》,提出对在线启动监测仪器的投运率进行考核,但在实际工作中没有很好地落实。(4)CEMS管理人员基本上没经专门培训,技术水平不能满足要求。

2.3 政府的考核、监督不力

虽然国家已经颁布了《火电厂烟气排放连续监测技术规范》和《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检验方法》,但由于这些技术规范在电厂的实际运行环境中因客观原因没能真正落实、执行,CEMS的监测数据一直无法作为排污费的有效依据,由此造成有些安装CEMS的电厂对CEMS的运行管理无要求,甚至出现设备安装无验收现象;有的电厂的CEMS安装后一直未投入运行,且设备腐蚀、损坏严重,给国家造成了巨大的经济损失。

2.4 相关的规范滞后

CEMS系统自上世纪80年代中期进入我国以来,直到2001年CEMS的两套技术规范HJ/T 75—2001《火电厂烟气排放连续监测技术规范》和HJ/T 76—2001《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检验方法》的颁布才填补了我国CEMS技术规范的空白。两套技术规范虽然在CEMS的组成、安装以及技术参数的指标上做了明确的要求,但针对CEMS检定、认可、验收、联网、数据使用等还没有明确的管理规定。在此情况下,要求火电厂全面安装CEMS,出现种种问题则是必然的,而且大量的问题仍将继续出现。在CEMS与外界连接的数据传输和接口上没有一个统一的标准,在经济、技术不平衡的情况下,各地CEMS厂家在CEMS数据标准和设计结构上采用不同的形式,使各自分散的数据资源彼此隔离,无法进行信息交换和业务协同,极大地影响了CEMS的系统建设和运行维护效率,也给全国污染源自动监控系统实现数据共享、业务协同、各级环保部门之间的信息沟通制造了很大困难。

2.5 CEMS运行维护中存在的问题

2.5.1 设备选型问题

由于我国地域辽阔,各地的锅炉条件差异很大。如新、老厂家,大、小机组,煤种多变,脱硫、脱硝与否,除尘方式和除尘效率不同,对CEMS的要求不同。由于各国的国家标准不统一,而且我国各地电厂的实际情况也不完全一样,国外厂商提供的经过本国认证的CEMS往往不能满足国内要求;同时还存在供应商提供本国早已淘汰的、技术落后的CEMS的问题。我国刚刚建立火电厂烟气连续监测技术规范,排污单位不熟悉CEMS的技术及规范要求,造成在买卖合同中失误。而早期购买的CEMS往往已经不能使用。

2.5.2 常见应用技术问题

CEMS在实际应用中存在一些问题,包括：(1)部分机组测量时间不够。部分机组安装CEMS采用1套CEMS对应多台机组的方法(一拖二),导致对单台机组测量时间不够。《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》规定：每个固定污染源的测定时间不得少于其总运行时间的70%,且每小时的测定时间不得低45min。按照这个要求,每台机组应安装1套CEMS。(2)测量系统安装位置不合理。CEMS系统安装位置会影响测试结果的准确性,一般要求CEMS安装在较长的直段烟道上,最好是垂直烟道,避开水雾、水滴和烟道变径等影响因素。(3)气体传送线路过长。气态污染物分析系统通常采用“抽取法”,探头部分和分析部分是分离的,探头安装在烟道上,分析仪放在仪器间,中间由传输管线相连并传送烟气。为避免数据失真,传输管线越短越好。有些电厂探头与仪器距离过长,容易导致测试结果不准确。(4)CEMS量程值设置不能根据实际情况做出选择。目前CEMS的满量程值设置不能根据实际情况做出选择,如测脱硫后SO2体积质量的满量程值一般设置5000mg/m3,并选择对应的标准气体,而实际测量对象一般在1000mg/m3以内,相差过大,影响了测量精度;如选择小量程1000mg/m3以内,由于脱硫机组在脱硫系统正常运行和未正常运行条件下的SO2排放体积质量差异极大,一旦脱硫设施出现故障,作为排放监控的SO2测量数据就将失真。另外,部分机组阶段性采用高硫煤,而CEMS对SO2的量程设置不能及时做出调整,实际测量对象体积质量就可能超出了测量范围。

2.5.3 故障率高,维护跟不上,系统投运率低

故障率高,缺乏维护,系统投运率低,这是CEMS普遍和突出的问题。大部分火电厂由于燃用煤质差、烟尘含量高、烟气湿度大、烟气具有腐蚀性等原因,系统处于24小时连续运行,CEMS的部分原件工作环境恶劣,达不到CEMS设计的工作环境要求,因此设备的故障率高;另外机组启停对该系统的运行也会带来影响,设备故障比较多。目前电厂对CEMS的维修能力有限,仅仅能进行一些很基本的维护。系统高度进口化,零备件要从国外进口,对系统的投用率影响很大。

2.5.4 功能不完整、设备老化严重

随着环保重心以及计算机发展水平的影响,早期的CEMS监测系统存在设计不足,功能不完整等缺陷,主要表现在：CEMS系统监测的主要是部分污染物的瞬间值,没有对数据进行换算、统计和存储,不能满足今天环保部门的要求。另外,设备老化问题严重。CEMS是精密的分析仪器,有一定的使用寿命,超过使用寿命的设备很难正常、稳定运行。

2.5.5 维护职责不明确

CEMS系统包括气体采样、分析、数据采集和通讯等部分,是技术含量很高的在线监测仪器。在电厂,CEMS是环保设备,但通常情况下,电厂环保人员不具备仪器的维护能力,造成很多电厂在CEMS的维护上职责不明确。一个CEMS系统技术可牵涉到采样技术、分析技术、数据控制采集技术和通讯等其他辅助技术,既属于仪器仪表类设施,又是环保设施,维修、保养工作量很大,技术要求高,需要专业技术人才。

3 进一步加强在线监测工作的思路

CEMS是保护环境、监测污染物排放的重要手段。然而由于种种原因CEMS未能发挥其应有的作用。如何才能让CEMS系统连续、稳定、准确地运行,以下几个方面值得关注：

3.1 加强CEMS市场管理,不断完善CEMS系统技术规范

应该加强对CEMS的市场管理,加强对CEMS生产厂家资质的审核和新投产的CEMS系统性能指标的考核力度;没有资质的厂家生产的CEMS坚决不允许进入市场。对存在的问题,根据责任限期整改,并将存在严重质量问题的CEMS生产商向社会公布。严格招投标市场准入,加强源头监督管理。坚决禁止行政指定或者变相强制要求企业装设指定厂家产品的行为,对于满足准入要求的供货商要一视同仁,维护市场招投标的统一、开放、竞争和有序。对于用户普遍反映问题严重、不守信誉的生产商,政府部门应提出限制准入要求。对于不负责的设备认证机构也应按相应的法规进行处罚。

对于新投产的CEMS,按照《火电厂烟气排放连续监测技术规范》和《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检验方法》的要求,严格对CEMS的性能指标进行考核,不合格坚决不予验收。不断完善CEMS系统技术规范和在线监测网络系统,使各电厂的CEMS系统与环保局网站形成互联,环保局能实时监测到各电厂污染物排放数据,并加大对CEMS系统的考核力度,完善CEMS系统管理,使CEMS监测的数据能成为排污费征收的科学依据。

3.2 建立完整的CEMS维护管理体制

采用专业运营公司负责CEMS的日常运行维护、环保人员确认数据两者相结合的方式,尽快建立CEMS的日常运行维护、零点以及量程的标定、零配件的购买等运行管理制度。同时不断加强CEMS维护人员的培训,提高技术水平。

3.3 加强CEMS安装调试管理

固定污染源排放现场环境一般都比较恶劣,特别是安装条件一般都难达到标准的安装要求。安装点位选取的好坏直接关系到测量数据的准确性和代表性,因此安装前必须对现场进行勘测。主设备应选择污染物混合均匀的位置,该处测得的污染物浓度或排放率能代表固定污染源的排放,按《火电厂烟气排放连续监测技术规范》和《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检验方法》的要求进行安装。同时为便于设备安装、日常维护及手工比对监测,安装位置应易于接近并有足够的空间和平台,尽可能地选择负压区安装,使工作平台尽量躲避雨雪。仪器间则应保证仪器的正常工作环境,应安装空调,保持环境清洁。

3.4 进一步加强CEMS的对比试验

所有CEMS应通过对比监测试验来校准数据和判定数据的可靠性。对比监测应采用国家权威计量部门认可并核准的高精度仪器。虽然各电厂的CEMS都安排了专业人员负责CEMS的维护,并定期进行校准,但这种校准是采用标准气体对烟气分析仪本身进行校准,虽然基本能够保证烟气分析仪的准确度,但对于CEMS而言,这种校准是不能够保证其测量的准确性的,还需要进行对比监测来保证测量的真实性。

3.5 探索有效的CEMS管理新模式

定期检定、校准及维护是运行好CEMS的关键环节。可以考虑由具备资质、相对独立的第三方技术机构的专业技术人员对各地区火电厂CEMS进行统一的定期检定、校准及维护。各省电力试验研究院(所)的环保、化学、热工仪表实验室经计量认证或国家认可后,可发挥相关的作用。

4 结语

CEMS是电厂大气污染物排放的重要监测系统,它的投运使电力环保又迈出了先进性的一步。应当从技术上和管理上更好地认识它,并建立一系列制度,逐步摸索经验,提高设施投用率,保证准确性,使其在最佳状态运行,为电厂积累宝贵的环保监测数据。

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The Main Problems and Suggestions for Flue G as Continuous Emission Monitoring System in Thermal Power Plant

Huang Zhongting1,2,Gong Daoxin1,Wu Xiaoping2,Zou Lin2
(1.College of Resources and Environment,Hunan A gricultural University,Changsha Hunan410128;2.Environmental Monitoring Central Station of Hunan Province,Changsha Hunan410004)

Pollutant emissions from coal-fired thermal power plants are one of the primary sources of air pollution in China.The continuous emission monitoring system(CEMS)is an effective and modern device for realizing the continuous emission monitoring.This article in detail introduces the main problems existing in our power plants of CEMS.Some corresponding suggestions are presented to further strengthen the construction of thermal power plant.

thermal power plant;continuous emission monitoring system;continous monitoring;management;technology;operational maintenance

X51

A

1008-813(2010)01-0062-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.01.18

2009-10-15

黄钟霆(1980—),男,湖南永州人,毕业于湘潭大学环境工程系,工程师,主要从事环境监测方面的研究。