浅谈固定污染源烟气排放连续监测系统（CEMS）在电厂中的应用

梁东

（大唐环境产业集团股份有限公司特许经营分公司，江苏 南京211100）

1 引言

随着新《环保法》于2015 年1 月1 日的正式实施,火力发电企业的固定污染源烟气排放的标准越来越受到政府有关部门的重视和加强监管[1]。监测火力发电企业出口SO2、NOx、烟尘是对火力发电企业能否达标排放的关键监测手段[2]。为了实现火力发电企业固定污染源烟气排放进行连续监测, 各个电厂都采用在线监测装置(CEMS)对烟气出口SO2、NOx、烟尘进行不间断测量并实时监控。本文主要针对抽取式在线监测(CEMS)装置进行说明。

2 系统概述

淮南田家庵发电厂#5 机组(320MW)机组烟气脱硫系统,采用一炉一塔的湿式钙法(石灰石- 石膏)烟气脱硫。固定污染源烟气排放连续监测系统采用的是直插式在线监测(CEMS)装置,由于使用年限较久,故障频发,经常造成固定污染源烟气排放监测参数失真,决定将原有的直插式在线监测(CEMS)装置更换为抽取式在线监测(CEMS)装置。

3 抽取式在线监测(CEMS)装置工作原理[3]

3.1 抽取式烟气在线监测装置。抽取式烟气在线监测装置(CEMS),采用伴热直接抽取采样法测量SO2、O2、NOX,同时与之配套的粉尘测量仪测量烟气烟尘,湿度仪测量烟气湿度,皮托管流速计测量烟气压力、差压,PT100 铂热电阻测量烟气温度。出口CEMS 系统采用一套PLC 数据采集系统和CEMS 处理系统(DAS)。

3.2 抽取式烟气在线监测装置工作原理

3.2.1 关于SO2、O2、NOX参数的测量。烟气在真空采样泵动力的作用下,先经采样探头前置过滤器、采样探头初级过滤器过滤, 经由拌热温度为130℃-180℃的防腐蚀采样复合管线输送,经一级烟气冷凝器脱水,进过滤精度为2um 保护过滤器,经流量调节针阀控制流量,进二级冷凝器脱水,经过滤精度为0.2um 阻水过滤器保护除尘,进入氮氮转换器后将被测烟气中NO2 气体转换成NO 气体, 从而测量总的NO 最终进入U23 仪表分析SO2、O2、NOX。（图1）3.2.2 烟尘参数的测量。粉尘测量单元采用激光后散射分析原理的粉尘测量仪, 该仪表采用红外激光后反射法,实行单边安装的安装方法,很好的避免了由于烟道的变形、震动以及双边开孔的对准度等因素所引起的测量不准及测量误差。（图2）3.2.3 烟气流量参数的测量。皮托管流速仪的测量结构主要包括差压变送器、皮托管、反吹电磁阀。其一次取压元件采用传统的皮托管测量方式,在正确安装后,皮托管的全压、背压取压管将检测到动压与静压分别传递到差压变送器, 差压变送器将动压与静压之差转换为4～20mA 电流传送给显示仪表或是CEMS 系统计算机再配以烟气温度、烟气压力补偿与数据计算出烟气实时流量。（图3）3.2.4 湿度参数的测量。湿度测量采用干陶瓷感应法测量原理测得4～20mA 电流传送给显示仪表或是CEMS 系统计算机。

图1 U23 分析仪表

图2 烟尘仪

图3 流速仪测量原理

4 抽取式在线监测（CEMS）装置控制和数据采集传输处理系统[4]

抽取式在线监测（CEMS）装置配有一套CEMS 分析机柜用于抽取烟气并通过U23 仪表分析输出SO2、O2、NOX，同时采集现场烟气压力、烟气差压、烟气温度、烟气湿度等参数，CEMS 分析柜内PLC 具备RS485 通讯接口，传输固定污染源烟气排放参数至CEMS 工控机，可以自动生成数据报表，历史数据查询，报表打印，事件报警记录和查询；同时分析机柜通过光电隔离器也将固定污染源烟气排放参数传输至省调数据采集系统工控机和电厂DCS 系统供集控室运行人员监视操作使用；通过一台数采仪无线传输至环保局，通过环保局监控平台实时监控电厂固定污染源烟气排放情况。

5 抽取式在线监测（CEMS）装置常见问题和日常维护心得

考虑到FGD 出口烟气含有SO2、NO 腐蚀性气体，同时由于#5 机组脱硫系统采用湿法脱硫技术，烟气中含有水分比较大，气体含有酸性腐蚀能力比较强。抽取式在线监测（CEMS）装置配备了一套反吹系统，并且在抽取烟气至U23 仪表的管路上配备了多级保护滤芯装置，反吹系统的作用是定期执行反吹程序，对主探头、烟尘仪进行吹扫管路，防止抽取管路堵塞和保证烟尘仪光回路正常工作，配备多级滤芯是将在进U23 分析仪表之前的烟气进行逐级过滤，保护U23 分析仪表内的传感器。因此针对抽取式在线监测（CEMS）装置的工作原理，日常对CEMS 装置应能做到定期检查反吹系统是否工作正常，反吹扫气源压力是否满足要求，同时应加强检查各级滤芯，定期更换保护滤芯。

6 对比直插式在线监测（CEMS）装置和抽取式在线监测（CEMS）装置几点区别

田家庵电厂#5 机组出口CEMS 装置原先采用的是直插式在线监测装置，由于直插式在线监测装置的工作方式是将主探头直接插入烟道内进行光反射原理测得SO2、NOX、烟尘参数，因此，该测量方式对现场设备使用环境要求很高，通常要求现场主探头安装位置应为微负压，湿度不易过大，否则很容易造成主探头角反射镜片粘附灰尘等杂物后脏污，造成主探头不能正常工作，从而影响固定污染源排放参数的测量，严重情况下还会造成发电企业疑似超标排放的情况发生。通过使用抽取式在线监测装置，采用伴热直接抽取烟气的原理，将烟气通过过滤、冷凝，再过滤后的方式抽取至U23 分析仪表进行烟气SO2、NOX、O2分析，可以避免由于测点开孔位置的微正压、湿度相对较大的运行工况带来的测量误差。

结束语

固定污染源烟气排放连续监测系统所使用的监测装置虽然工作原理各不相同，但随着国家环保政策要求取缔脱硫系统旁路挡板，同时脱硫系统进口增压风机拆除，锅炉引风机出力加大，针对这一改变，造成了脱硫系统的烟气工况的变化，通过对直插式和抽取式线监测（CEMS）装置的使用比较，个人认为抽取式线监测（CEMS）装置更能适应现在的这种脱硫系统工况改变的在线监测。本文也即是对环境监测技术的一种探讨，希望得到兄弟单位的指导与建议。