火电厂超低排放烟气CEMS改造措施

刘洪博

（华能长春热电厂，长春 130216）

1 引言

为加快推动能源生产和消费革命，进一步提升煤电高效清洁发展水平，国家发展和改革委员会、生态环境部、国家能源局联合制定的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014～2020年）》规定，到2020年，现役燃煤发电机组改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。

2 烟气排放连续监测系统组成

固定污染源烟气排放连续监测系统（CEMS）由颗粒物监测单元和（或）气态污染物SO2和（或）NOx监测单元、烟气参数监测单元、数据采集与处理单元组成。系统测量烟气中颗粒物浓度、气态污染物SO2和（或）NOx浓度，烟气参数（温度、压力、流速或流量、湿度、含氧量等），同时计算烟气中污染物排放速率和排放量，显示（可支持打印）和记录各种数据和参数，形成相关图表，并通过数据、图文等方式传输至管理部门。

3 燃煤锅炉超低排放改造项目

某企业2×350MW燃煤机组烟气脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫、一炉一塔脱硫装置，不设烟气换热器（GGH），脱硫效率大于95%。电除尘采用双室四电场静电除尘器，除尘器设计效率不小于99.8%。脱硝设备采用选择性催化还原法SCR脱硝，单炉体双高灰型SCR结构体布置，不设旁路，SCR烟气脱硝系统的还原剂采用氨，催化剂初始按“1+2”模式布置，布置一层催化剂条件下脱硝效率不小于50%。

该项目脱硫前后各安装一套CEMS即原烟气连续监测系统和净烟气连续监测系统。烟气CEMS取样方式采用直接抽取采样法。净烟气CEMS系统测量参数：SO2、NOx、CO、O2、烟尘含量、烟气流量、烟气温度、压力、湿度等。系统的检测信号通过硬接线方式送入企业分散控制系统（DCS），并将系统测量数据通过有线或无线方式传输至相关管理部门。该企业对净烟气CEMS进行了超低排放改造。

4 传统CEMS超低排放烟气测量技术壁垒

1）分析仪表量程大、精度低、测量误差大；2）预处理除水能力低，水分对红外分析仪表有干扰；3）取样管路对样气有吸附，测量值有偏差；4）粉尘仪测量受水汽影响大、粉尘测量数据不准确；5）流速测量采用单点皮托管方法，属于点测量，测点不完全具有代表性；6）依据烟气超低排放标准及电厂环保设施进行超低排放升级改造后所产生烟气的特性，需升级传统CEMS系统满足超低排放测量要求。

5 超低排放烟气CEMS改造措施

5.1 安装位置选择

依据《固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）选择CEMS取样点的位置，具体要求如下：1）位于固定污染源排放控制设备的下游和比对监测断面上游；2）不受环境光线和电磁辐射的影响；3）烟道振动幅度尽可能小；4）安装位置不漏风；5）安装位置应尽量避开烟气中水滴和水雾的干扰，如不能避开，应选用能够适用的检测探头及仪器；6）优先选择在垂直管段和烟道负压区域，确保所采集样品的代表性；7）测定位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位，满足“前四后二”的要求[1]；8）监测站房与采样点之间的距离应尽可能短，原则上不超过70米。

5.2 气态污染物监测单元

按取样方式不同气态污染物CEMS系统可分为直接抽取式、稀释抽取式、直接测量式。该项目以直接抽取式为例[2]。

5.2.1 取样探头

为防止烟气在取样探头部位凝结，采用加热型采样探头取样，取样探杆也采用加热型的，保证样气在取样探头不凝露。

5.2.2 取样管线

采用一体式加热型取样管；样品传输管线全程采用120℃以上高温伴热，并选用抗腐蚀和惰性化的材料，以减少样品吸附；双管结构，具备全系统校正回路，满足环保规范要求。

从探头到分析仪的整条采样管线的铺设应采用桥架或穿管等方式，保证整条管线具有良好的支撑。管线倾斜度≥5°，防止管线内积水，在每隔4～5m处装线卡箍。

5.2.3 预处理系统

预处理系统是对样品气进行处理的环节，既将样气的条件处理为符合分析仪的分析条件的样品气，同时避免样品成分及浓度失真，预处理系统功能包括除尘、降温、流量调节、采样控制等，所有预处理集成在一面机柜中。

为满足超低排放检测要求和减少样气在预处理中的损耗，预处理系统采用新技术进行升级，采用动态加磷酸+压缩机制冷除水+渗透干燥器的预处理方式，有效控制了SO2的损耗。5.2.4 红外气体分析仪

采用小量程红外气体分析仪，测量精度高，红外光源使用寿命长。直接抽取法CEMS，80%以上都采用非分散红外分析方法。

由于红外分析仪一般不能直接测NO2，需增加NOx转换器将烟气中的NO2转化为NO后一并测量，满足CEMS系统对氮氧化物总量的监测。

5.3 颗粒度监测单元

目前国内主要以激光后散射颗粒物监测仪和加热抽取激光前散射式颗粒物监测仪为主[3]。激光后散射颗粒物监测仪的价格较低，结构简单，安装方便，适用范围较宽，但激光后散射粉尘仪测量也受以下影响：1）烟气中颗粒物形态（物理特性）不同，造成测量的偏差；2）光学镜片污染造成测量的偏差；3）烟气中水分对测量的干扰；4）仪表本身的漂移问题；5）校准较麻烦。

为了解决脱硫出口高湿、低温下烟气中颗粒物监测的难题，目前的解决手段主要是采用加热抽取激光前散射式颗粒物监测仪。抽取式激光前散射式颗粒物监测仪有如下特点：1）在线连续测量，满足环保要求；2）加热抽取，消除水分干扰，适用于高湿、低温烟气；3）量程低、精度高，满足超低颗粒物测量要求；4）自动零点、量程校准；5）探头自动反吹功能，免维护。

5.4 烟气流速测量单元

烟气流速测量，主要采用S型皮托管（差压法），通过差压传感器测出烟气动压，根据气体流速与气体动压的平方根成正比的关系计算出烟气流速。

皮托管差压法测量流速，准确快速，简便实用，带气路反吹及自动清洗装置，维护量少。皮托管属于点测量法，该项目因脱硫出口烟道截面较大，烟气流速在整个截面流速不完全一样，单点皮托管不能完全代表整个烟道烟气的排放速度，建议采用矩阵式流速测量装置。

矩阵式流速测量装置的特点：1）实现全截面测量，测量结果更具有代表性；2）防堵设计，维护量小；3）对安装位置要求较低（相对于“前四后二”）。

6 结论

燃煤机组进行超低排放改造后，烟气排放的气态污染物及颗粒物减少，在保证环保排放达标的同时，也促进了燃煤电厂的可持续发展，改善了环境。烟气CEMS系统作为企业自我管理和政府监管的重要设备和手段，CEMS数据的准确性至关重要，因此对CEMS系统的选型、安装调试、运行维护等每一个环节都要重视，真正达到安装CEMS的目的。