600MW超临界机组超低排放脱硫CEMS改造研究

潘小清

福建省鸿山热电有限责任公司

1 引言

二氧化硫、氮氧化物和烟尘是燃煤电厂的主要污染排放因子。烟气排放连续监测系统CEMS（continuous emissions monitoring）是用于实时监测火电厂烟气排放中的污染物指标，并及时将数据上传到上级环保部门的设备[1]。鸿山热电厂拥有两台600MW超临界机组，为了响应国家节能减排的方针，鸿山热电厂在2017年初对两台机组进行了超低排放的改造，以满足国家环保部和能源局规定的超低排放指标，即在基准含氧量6%的情况下，烟尘、SO2和NOx分别达到10、35和50mg/m3[2]。

改造方案包括：（1）在原SCR脱硝（2+1层催化剂）的基础上再增加一层催化剂，以提升脱硝效率；（2）吸收塔增加旋回耦合装置，浆液喷淋层由原来的3层增加到4层，提高浆液与烟气的混合强度，吸收塔出口除雾器由屋脊式改为管式，提升除尘除雾效果；（3）电除尘入口加装低温省煤器，降低烟气流速和比电阻，对电除尘电源进行高频电源改造，提升除尘效率。

2 脱硫CEMS设备选型和调试

根据超低排放的要求，脱硫吸收塔出口的烟气中烟尘、SO2和NOx的浓度都已降低，为了满足烟气低浓度的测量需要，对脱硫进出口烟气设备同时进行了改造。

整套脱硫CEMS系统主要包含有气态污染物（SO2、NOx）的监测子系统、烟尘监测子系统、参数监测控制子系统、数据采集处理和控制子系统。

2.1 气态污染物监测子系统

对脱硫出口烟气内的气体污染物采用直接抽取法进行测量，在取样探头处进行初步除尘过滤，再经由伴热管加热后送至系统柜内。柜内预处理单元采用渗透干燥管两级干燥，除去样气中的水分，无需冷凝，改善了烟气中SO2溶于水而对测量结果产生偏差的情况。另外柜内加装除氨器，去除烟气内所含的铵盐，防止分析仪表污染。分析仪采用SIEMENS公司的ULTRAMAT23的分析仪，利用非分散红外吸收法的原理，根据烟气中SO2和NOx对红外线光谱的吸收程度来测量污染物浓度，测量范围宽，稳定可靠。

污染物监测系统采用直接抽取经预处理后导入分析仪的方式，其优点是中间转换环节比较少，测量精度高，结构简单，能实现一台仪表对多个参数的测量。缺点是对伴热管线加热温度要求比较高，要保持在130℃到160℃，同时为了防止取样探头长时间工作后堵塞，需要定时对探头进行反吹；预处理部分对压缩空气要求较高，维护工作量大[3-4]。整套气态污染物监测机柜如图1所示。

图1 ULTRAMAT23污染物监测机柜

2.2 烟尘监测子系统

烟尘的测量采用德国DURAG SBF800粉尘仪。SBF800粉尘仪是一款高敏感度的连续测量系统，采用抽取法，稀释加热，根据光的散射来测量样气中烟尘的浓度。成套系统配有一台射流风机和一台稀释风机，取样加热探杆，光学测量传感器和PLC控制单元测量时抽取的烟气通过稀释和加热等预处理后送到光学传感器处进行测量，计算输出电流信号作为烟气中烟尘的含量[5]。

抽取稀释的方式测量超低排放的烟尘，优点是仪器采用散射法测量，原理简单，安装方便，光学传感器对烟尘的灵敏度高，进一步提高了测量精度。缺点是受到烟尘颗粒物体积大小，位置分布，颜色等因素的影响，需要采用称重法对仪器进行定期校验；抽取范围只限于靠近烟道取样壁侧附近的样气，不能反映整个烟道内烟尘的分布情况；光学传感器容易脏污，需要定期清理。整套烟尘监测子系统如图2所示。

图2 烟尘仪监测系统图

2.3 参数监测控制子系统

对其他主要参数的测量包括：烟气温度测量采用PT100热电阻，烟气压力测量采用西门子型号7MF4433-1DA 02-2AB6-Z的差压传感器，氧量的测量采用西门子型号SCS-900的氧电池，烟气湿度测量采用西门子型号Model 2061的湿度仪。

烟气流量的测量采用重庆威巴提供的EMSD矩阵式多点测量装置。该装置将水平烟道等面积划分出几个区域，在这些区域里安装多个测点，把多个测点有机地组装在一起，最后将这些测量点的正、负压侧各引出一根总的引压管，分别与差压变送器的正、负端相连，测得多点的平均差压。

烟气流量采用矩阵式多点测量的优点是测量结果是烟道多个区域平均差压，从而提高了测量精度；测风装置取样探头处有利用流体动能清灰的防堵塞结构，同时可定时用压缩空气反吹；传感器测量信号稳定、波动小，管道永久压损小于差压的3%。测风装置具有良好的抗振性能，在理想直管段条件下测量误差小于±1%。缺点是成套装置是垂直插入水平烟道中，拆卸不方便，设备检修时工作量大[6]。流量多点测量装置如图3所示。

图3 烟气流量计水平烟道安装示意图

2.4 数据采集处理和控制子系统

数据采集处理和控制系统就是将各个监测子系统所测得的污染物浓度，氧量，温度，压力，流速等信号进行实时采集、显示和存储。

数据采集装置采用西门子S7-300系列PLC，信号通过隔离器分出一路送至DCS主控室供运行人员监盘查看；一路送省调度中心；一路通过PLC与数采仪通讯，将相关环保数据传送给上级环保部门；另外通过网线将PLC内数据送至上位机PC显示和存储，上位机PC采用西门子软件PAS-DAS-V1．0进行组态开发，对数据进行存储，实时显示或可查询历史曲线，根据有关的标准和方法，对测得的参数进行筛选计算，最终能以报表格式自动生成日报表，月报表及年报表。上位机显示界面如图4所示。

图4 数据采集系统上位机显示界面

3 运行情况及故障分析

3.1 CEMS参比法试验

二号机组脱硫CEMS超低排放改造后，于2017年3月28日由第三方对烟气进行比对试验。参比法测SO2、NOx及O2采用武汉天虹TH-990FⅡ型便携式有害气体测试装置。烟气流速和烟尘的测量采用TH-880Ⅶ型微电脑皮托管式平行采样仪，并用称重法得出烟尘含量。在满负荷情况下，二号机组脱硫出口烟气对比试验结果如表1所示。

表1 二号机组脱硫出口烟气对比试验结果

从参比法试验结果可以看出，鸿山热电厂二号机组脱硫出口烟气排放指标通过参比法计算出的SO2、NOx和烟尘的绝对误差分别为 -0．7μmol/mol、-1．9μmol/mol和 -0．5mg/m3，已经满足HJ／T 75-2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》中规定的对应绝对值误差要求。

3.2 CEMS维护和故障防患措施

超低排放改造后系统投运中主要存在的问题以及应有的防范措施：

（1）烟气监测机柜预处理采用渗透干燥管除湿，需有一路压缩空气调节渗透干燥管内负压，对压缩空气要求较高。由于厂内的压缩空气中油/水分较多，对渗透干燥管寿命有一定影响。解决的方法就是在压缩空气入口处加油水分离器进行过滤。

（2）因工况的因素，柜内除氨器时间一长会出现铵盐结晶体堵塞现象。同样的情况也出现在烟尘仪取样探杆处。解决办法是调整喷氨投自动PID参数，让脱硝氨液反应更充分，另外加强设备巡检和定期对易堵管路进行疏通。

（3）出口烟尘仪由于传感器脏污报故障，需要定期对传感器镜片进行擦拭，加强监盘和巡检，保证故障出现后及时处理。

（4）做好巡检、监盘、定期校验记录，对设备运行状态进行分析，做好事故预想。

4 结语

对燃煤电厂来说，超低排放改造不仅是按照国家节能减排的要求去改善日益严峻的环境污染问题，也是国有企业切实履行社会责任的应有体现。鸿山热电厂两台机组超低排放完成至今，脱硫系统CEMS设备运行良好，系统自动化程度高，满足了生产需要，也达到了环保相关标准规定。通过改造期间设备选型和原理分析，以及设备投运后的维护经验总结，可为其他企业在超低排放改造中提供参考。

参考文献：

[1]HJ/T76-2007固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法[S]．

[2]煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)[Z]．2014-09-12．

[3]张涛，周依玲．热电部锅炉脱硫塔CEMS改造[J]．科技创新导报，2012(3):22-23．

[4]刘琦．烟气在线连续监测系统维护与故障分析[J]．中国仪器仪表，2007(3):83-86．

[5]杜拉格粉尘仪SBF800中文操作手册[Z]．

[6]ESMD矩阵流量计使用说明书[Z]．