火力发电厂脱硝CEMS取样系统优化

李蕾

【摘要】 由于烟气环境恶劣，导致CEMS取样探头腐蚀、磨损、堵塞，且由于取样点少，使测量的准确性和可靠性都无法得到保证。本文提出了CEMS的一种取样优化方案，提高了取样的准确性和可靠性。

【关键词】脱硝；CEMS；取样

近年来，随着国家节能减排工作的不断深入，环保排放标准不断提高。2011年国家环保部颁布了《火力发电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），规定了氮氧化物排放浓度的限值。同时，脱硝烟气污染物排放的监测越来越受到国家环保局的重视，部分省份已将脱硝烟气排放连续检测系统数据（CEMS）与当地环保局联网，用脱硝烟气排放指标考核发电企业的电价。因此，脱硝CEMS检测的准确性和实时性直接影响到了电厂的生产和经济。

一、传统CEMS取样系统的组成及存在的问题

CEMS是将大气污染源排放的气态污染物的浓度和排放总量实时传输到环保部门的装置。为污染源的环保管理以及脱硫脱硝、除尘设备的安全运行提供科学依据。分别由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统组成。

CEMS中气态污染物监测子系统主要用于监测烟气中SO2，、NOx、CO等的浓度和排放总量，按监测的方式不同可分为两大类：抽取式连续监测和现场原位式监测，抽取式连续监测法又分为稀释采样法和直接抽取采用法，发电企业通常采用的是直接抽取采样法（又称为伴热管线法），在烟道上开孔，插入取样探头，通过加热管对抽取的烟气进行保温，保证烟雾不结露，并输至冷凝单元除湿，然后送至分析单元。传统CEMS烟气取样存在如下问题。

（一）脱硝CEMS装置所处烟气由于没有经过除尘器，粉尘浓度高达20～50g/m3，很容易造成小口径取样探头和取样管道的磨损和堵塞，同时锅炉投油助燃，烟气中的大量油烟污染并堵塞取样探头，导致分析仪因无流量而失灵，监测分析数据失效，现场检修维护的工作量很大。因此，解决好采样系统中过滤器的堵塞至关重要。

（二）根据我公司在若干电厂采用网格取样法取得样气数据并分析得出结论：取样处烟道断面大，烟气流速高，单点取样不具有代表性，在同步性上较差，这样将导致上传的污染物监测数据实时性不强。为了提高取样准确性，常常需要设置较多的取样探头，可单独取样测量，也可互为冗余取样测量，提高系统可靠性及取样代表性。

（三）烟气采样系统中采样气传输至分析仪的过程中需要一定的温度，使烟气维持在露点温度以上，所以需要长距离伴热电缆对管道进行伴热，如果伴热效果差，会造成烟气在管内结露、在烟气中粉尘的共同作用下引起采样管堵塞。

二、优化的CEMS取样系统配置

针对采样探头易堵、易磨，测量数据不准确、不可靠的问题，对CEMS取样方法进行优化，在烟道内采用矩阵式多点取样方式，设置两根取气管，取气管上布置若干取样元件，根据工程经验，综合考虑管道强度及取样密度，在管道上每间距800～1000mm设置一个取样元件为宜，取样元件带有耐磨碳化硅过滤元件，从两根取气管中抽取的烟气混合后，利用取样风机或通过前后烟道的压差使烟气顺利进入到混合气室中，混合气室直径达到DN250～300，CEMS取样探头直接从此气室中抽取烟气进行分析，剩余空气进入空预器入口烟道中，并在取样管道加装反吹扫装置，实现在线清灰吹扫，保证气路的畅通。

优化CEMS配置与传统CEMS配置相比有如下优点。

（一）取样具有代表性，由于样气是通过取气管矩阵式多点采样而来，且经过混合气室充分混合，气室内流速2m/s左右，流场很均匀，CEMS探头直接从气室取样，故其烟气成分具有很好的代表性。

（二）防堵塞，由于取样元件配置滤网，并且设置压缩空气定期反吹碳化硅过滤器及取气管道，大大降低了CEMS取样探头堵塞的几率。

（三）防磨损，经过碳化硅过滤元件过滤后的烟尘颗粒度小，且在混合气室取样，烟气流速低，大大降低了CEMS取样探头的磨损。

（四）由于取样气室和取样探头设置在易于到达的平台，使CEMS检修维护简单易行。

传统取样法和优化后的取样配置系统见下图：

三、两种方法的经济性比较

由于优化后的CEMS取样系统流程简单，減少的设备包括：取样探头、伴热电缆等材料，增加了取样探头及取样风管等材料，初步预计投资增减情况见下表：

四、结论及建议

通过以上分析，采用优化后的CEMS取样系统，可以解决传统取样探头堵塞、磨损等问题，提高采样数据的准确性及可靠性，同时节省初投资及运行费用，降低维护工作量，能满足日益严格的环保监测要求，具有推广价值。endprint