火电厂烟气在线粉尘仪国产化改造探讨

沧州华润热电有限公司 赵国成

1 概述

某火电厂装机2＊330MW机组2015年完成了两台机组的超低排放改造，当时国内无相关小量程在线粉尘仪生产设备商，烟气在线监测CEMS系统安装了两台国外进口某品牌DR-820F型粉尘仪，目前已经连续使用时间超过7年，随着时间的推移，设备逐渐进入寿命中后期，设备弊端不断显现，更新换代迫在眉睫。随着时间推移，进口粉尘仪维护费用高，接口不友好，产品升级难度大等缺点逐渐暴露。近年来，随着环保产业的高速发展，国产小量程在线监测粉尘仪可靠性已经完全满足现场使用需要，并逐渐进入现场应用阶段，并且国产粉尘仪生产商售后网络健全，维护便利使用性价比高，接口信息化程度友好便于升级，某电厂实施粉尘仪国产化改造后效果良好。

本文主要分析某火电厂对烟气CEMS系统粉尘仪进行国产化改造的成功应用情况，实践表明，火电厂超低排放粉尘仪国产化改造可靠性、可行性满足生态环境部门烟气深度治理等环保政策相关要求。

2 进口粉尘仪表简介

某火电厂2015年超低排放改造时，两台机组排放口各安装一台进口粉尘仪，该粉尘仪为德国某环保仪表公司生产，采用射流泵抽取烟道烟气后，经过粉尘仪测量单元进行测量，烟气抽取采样管路采用全流程加热，保证抽取到测量室的烟气垂直穿过激光光路，发射接收透光度与烟尘含量成一定的相关关系，经过内部智能计算得出相应的烟尘浓度，从而向CEMS系统及DCS系统输出相应的粉尘测量浓度。

该型进口品牌粉尘仪系统结构复杂，测量系统与风机控制系统分体安装占用测点平台面积大，风机控制系统内部复杂，整套系统造价昂贵，维护要求极高，随着使用年限的增加，弊端不断暴露，由于是进口设备，备件采购周期长费用高，售后网络不健全，技术服务要价较高且不及时，维护工作量繁重，对维护质量保障要求带来了不小的挑战。

3 国产化粉尘仪介绍

3.1 国产粉尘仪构成。

某火电厂采用的国产化粉尘仪结构清晰，内部紧凑，整套粉尘仪由3部分组成，分别为MP（测量单元）、IPU（综合处理单元）、FU（风机单元）。如图1所示。

图1 国产粉尘仪构成图

MP（测量单元）安装于被测烟道上，用于采样抽取烟道内的含尘潮湿烟气，经过加热器烘干后送往IPU。MP主要包括加热器、温度传感器、皮托管组成。

IPU（综合处理单元）。通过电控单元（ECU）完成对来自MP的烟道抽取烟气加热恒温、采样湿烟气抽取控制、颗粒物浓度测量等功能；IPU主要由电控单元（ECU）、差压传感器、进气阀、出气阀、射流泵、温度传感器、激光分析模组（PDM）、温压流模块（TPM）构成。

FU风机单元。为IPU单元提供一定压力、流量的洁净气体提供射流用气。FU由空气过滤器、风机、变频器构成。

3.2 激光分析模组原理。

国产粉尘仪激光分析模组（PDM）采用前散射原理测试颗粒的散射光强度，通过特定的算法计算输出烟尘的浓度。内嵌的高稳定激光信号源穿越恒温测量池，照射烟尘粒子，被照射的烟尘粒子反射激光信号，反射光强度与烟尘浓度成正比。接收单元与发射单元以特定的散射角接收烟尘信号，获得极高的检测灵敏度。

3.3 工作原理

电控单元（EUC）控制IPU中的进气阀和出气阀打开，然后控制FU中的风机开启，MP抽取烟道内的含尘潮湿烟气，经过加热器烘干预处理后，送往IPU中的测量池，激光分析模组完成测量池内颗粒物浓度测量并把数据返回EUC。内置的温压流模块通过测量探头上的皮托管，实时采集烟道中烟气温度、压力、流速、差压信号，并把数据返回电控单元，电控单元根据采集的采样流速和烟道流速，通过变频器调节风机射流，从而实现等速采样。

3.4 特点

国产粉尘仪具备超低量程，最小量程达到（0～5）mg/m3，超高灵敏度，最低检出限0.01mg/m3。

图2 国产粉尘仪工作原理图

采用射流技术，从烟道中抽取部分烟气，结构紧凑、安装简单、抗雷击、抗恶劣环境、成本低、维护量小。

通过内置的流速测量装置，实现等速采样。烟气传输过程进行连续加热恒温，防止传输过程湿烟气冷凝产生的测量误差。

接口丰富，包括（4-20mA）电流环输入接口、RS485通信接口、外部输出开关量状态节点。

3.5 技术指标（见表1）

表1 技术指标

4 实施国产化改造

4.1 研讨改造方案

国产化改造方案立足于经济实用的原则，为减少改造过程中对实际烟气在线监测参数测量上传的影响，改造安排在停机时间进行，并对原有粉尘仪信号、电源电缆等原有设施在满足使用要求的基础上进行充分利旧。某电厂两台机组，利用好机组计划检修停机期间进行了实施，逐台进行改造，最大限度避免了在线测量参数在机组运行期间，改造造成的参数异常情况发生。

4.2 粉尘仪安装调试

首先在机组计划检修期间，拆除原有机组排放口进口某品牌粉尘仪及附属设备，在原进口粉尘仪测点位置安装焊接国产粉尘仪转接法兰，避免了再次净烟气烟道开孔防腐等繁杂工序，并确保了采样测点与原来位置的一致性；将粉尘仪主机及控制柜固定就位，进行设备接线及管路连接，与CEMS系统信号接线利用原有电缆利旧，确保管路及线缆信号连接无误后，对国产粉尘仪系统柜进行上电调试，重点检查校对粉尘传输信号及量程。

改造后的国产化粉尘仪在机组启动后进行168h试运，试运期间安排技术人员及安装调试单位跟踪测量过程参数变化，观察其工作稳定性，确保168h试运期间粉尘参数准确上传。试运期间粉尘仪工作稳定良好，参数响应灵敏，可靠性高，某电厂国产化粉尘仪顺利通过了168h试运。

5 改造效果验证

5.1 改造前后参数对比

某电厂2022年完成两台机组的进口粉尘仪治理改造，拆除原有进口粉尘仪，在原有烟尘测量位置安装国产粉尘仪，粉尘仪投运后通过改造前与改造后的机组排口粉尘排放浓度历史曲线进行比较，数据达标，圆满达到了深度治理烟气粉尘浓度测量的要求。如图3、图4所示。

图3 改造前粉尘排放浓度数据曲线

图4 改造后粉尘排放浓度数据曲线

改造后国产化粉尘排放浓度响应灵敏度明显要高于进口粉尘仪，从DCS曲线观察灵敏度大幅提高效果良好。改造后运行一周时间，粉尘排放数据监测稳定，满足深度减排要求，并通过了专家验收。国产化改造后粉尘监测排放指标见表2。

表2 粉尘排放指标

5.2 经济效益分析

某电厂国产化粉尘仪每台造价比进口粉尘仪造价低50%，但产生的经济效益却十分显著，并且国产粉尘仪厂商售后服务网络完善健全，能够及时满足环保设施运行维护的技术服务需求，显现出较大的产品后期优势。国产粉尘仪后续备品备件价格也较进口粉尘仪大幅降低，体现出较高的经济性。在设备一次性投资及后期运行费用方面，国产化粉尘仪都显示除了较高的性价比。

5.3 运维保障效果

粉尘仪国产化改造后人机界面友好，便于使用单位能更好地学习掌握使用，有利于提高维护技术人员的技术水平，促进更好地做好粉尘仪维护工作，有利于进一步提高运维质量水平，提高粉尘仪运行可靠性。国产化粉尘仪生产商提供24h技术服务，为运维保障提供了强大的技术服务支持。

国产粉尘仪及附属设备现场适应性好，防护等级满足露天室外安装要求，避免因为进口粉尘仪设计制作粉尘仪小间及室内空调等设施，减少了大量资金投入及后续维护工作量。

5.4 环保升级

由于国产化粉尘仪是完全按照国家环保标准设计制造，后续能够满足随着环保政策的变化改造升级更加便利，可实现功能升级平滑过渡，避免因环保升级要求被动更换设备的情况发生，有效克服了进口品牌粉尘仪的各种升级弊端，优势非常明显。

6 结论

通过某火电厂烟气超低排放粉尘仪国产化改造的成功实例，充分表明国内成规模环保在线监测设备生产商已完全具备小量程烟尘的技术实力，此次改造成功充分证明从技术应用角度，验证了粉尘仪国产化改造是一项既切实可行，又可高效替代国外进口粉尘仪老化治理技术路线。

7 结语

国内火电厂普遍已经完成了超低排放改造，南方的一些地域还有京津冀一些火电厂则有更加苛刻的排放标准，烟尘排放浓度要低于5mg/m3[2]，并且国内大气重点管控区域均实施了深度减排，自超低排放改造至今，国内大部分火电厂机组排放口在用进口粉尘仪接近寿命中后期，考虑粉尘仪的更新换代提上了议事日程。某火电厂的此次粉尘仪国产化成功改造，节省了大量设备费用，国产粉尘仪技术先进可靠，接口丰富售后服务网络健全，人机接口友好，为火电厂粉尘仪国产化改造应用提供了实例参考，为企业CEMS稳定运行提供有益的建议或帮助[3]，对促进国内环保设备发展及提高火电厂环保在线设备可靠性有着重要意义。