脫硫系統中CEMS的應用

倪德芬

(藍天環保設備工程有限公司,浙江杭州310012)

脫硫系統中CEMS的應用

倪德芬

(藍天環保設備工程有限公司,浙江杭州310012)

對浙江板橋紙業1#、2#爐脫硫系統中CEMS的改造進行分析,提出了CEMS的選型、安裝及運行的解決方案。

脫硫系統;CEMS;改造

浙江板橋紙業有限公司3×65t/h污泥焚燒1#、2#爐煙氣處理系統中的煙氣連續監測系統(CEMS)是在2008年投運的,當時根據脫硫系統的需要只監測布袋出口SO2濃度。根據環境保護部辦公廳環辦 〔2009〕8號文件的規定,脫硫前后的測量參數及數據記錄并不滿足環保要求,因此在2009年進行了改造,改造后完全滿足環保排放的要求并通過了驗收。

1 增加CEMS系統測量參數

CEMS:即Continuous emission monitoring sys2 tems,為連續污染物排放監控系統。根據環保排放的要求,煙氣CEMS由氣態污染物CEMS和/或固態污染物CEMS、煙氣參數測定子系統組成。通過采樣方式和非采樣方式,測定煙氣中污染物濃度,同時測定煙氣溫度、煙氣壓力、流速或流量、煙氣含水分量(或輸入煙氣含水分量)、煙氣含氧量(或二氧化碳含量),并計算煙氣污染物排放率、排放量。完整的系統組成如圖1。

1.1 布袋出口增加測量參數

根據環保排放的要求,布袋出口即凈煙氣至少需測量SO2、NOX、O2、煙塵和流量等參數。原已安裝1套完全抽取法測SO2系統,它由取樣探頭、反吹單元、樣氣預處理裝置、分析儀器、PLC控制器、機柜、校準單元(標準氣)等已組成一組成套系統,機柜安裝在分析小屋內。它可以實現環保要求的自動在線標定,并且光學部件在機柜內,避免被腐蝕、污染,免維護周期長。被測氣體經預處理系統處理后再進行測量,避免了煙道溫度、壓力、流量、粉塵變化對測量精度的影響。根據近1a的實踐,運行情況良好,因此考慮保持現有系統。經咨詢原分析儀供貨廠家,可以采用在現有機柜內增加分析模塊,增加NOX、O2、CO、CO2等組分的測量,其他可以保持不變,但煙塵的測量需要在煙道上增設。

煙塵濃度的測量用得最多的是光學方法。其原理分透明度測量和激光散射光測量兩種。前者適合于較高濃度的測量,后者適合于低濃度的測量。根據實際排放的要求,煙塵測量范圍在0～200mg/m3,質量下限是011mg/m3。因此,采用激光散射原理是最好的,其精度可以<011mg/m3。所以采用激光對穿法,在原布袋出口直管段煙道,尺寸2400×1800×6mm,材質Q235,完全可以滿足安裝要求。

1.2 脫硫塔入口增加測量參數

根據環保要求,脫硫除塵系統入口需要檢測SO2、O2、塵、溫度、壓力等。測量原煙氣污染物濃度,是為計算脫硫效率、投運率等,并用以檢測脫硫設施的運行效率和管理水平,也直接關系到企業的形象和經濟效益。因此在現有脫硫設施前需增設SO2濃度的檢測。根據現場實際情況,由于場地受限,就近增設分析小屋非常困難,若采用抽取法測SO2系統,取樣管須在60m以上。因管線過長影響實時性,并且容易堵塞,因此采用直接測量法安裝。直接測量法是測量系統直接安裝在測量點上,或采用較短的取樣管線,它的優點是不改變氣體組分,反應快;缺點是因安裝于煙道內,相對取樣法故障率和停表比例較高,維護工作量稍大。但目前開發的產品,已有成功運行的經驗。因此,在脫硫塔入口加裝了平臺,增設杭州聚光OMA-3000紫外差分法SO2分析系統。它只需將儀表氣和電源接至平臺設備處,再將測量信號接入至PLC或DCS采集系統即可。

2 增加數據存儲系統

根據環保要求的規定,歷史監測數據至少須保存半年。由于有兩臺爐前后各1套CEMS系統,數據量龐大,原有上位機的配置不能滿足要求,因此增設了1臺DELL 4G/500G大容量電腦。

因原有脫硫控制系統為西門子S7-300,DP總線結構,原設有2套操作員站,為了增加數據交換及存儲,將系統改成以太網結構,增設的大容量電腦作為工程師站兼數據存儲。由CEMS給出的信號,以4～20mA電流的濃度信號及開關量的運行狀態信號直接接入PLC系統。

3 計算煙氣排放量

根據已采集的煙氣溫度、壓力、流速(或流量)、煙氣含濕量、煙氣含氧量等參數,還需按照環保法規定,折算為標準工況(溫度為0℃(273K),壓力為101325Pa)的干煙氣來計算排放量。計算公式如下:

煙道測得的平均流速為V,則工況下的濕煙氣流量Qs為:

式中:Qs—工況下濕煙氣流量,m3/h;

V—測定斷面的濕排氣平均流速,m/s;

F—測定斷面的面積,m2。

標準狀態下干煙氣流量Qsn為:

式中:Qsn—標準狀態下干排煙氣流量,m3/h;

Ba—大氣壓力,Pa;

Ps—煙氣靜壓,Pa;

ts—煙氣溫度,℃;

Xsw—煙氣中水分含量體積百分比,%

當測得煙氣中氧的體積百分數為XO2時,過量空氣系數α′為:

α′=21/(21-XO2)

此時顆粒物或氣態污染物的折算排放濃度c的計算公式為:

c=c′×α’/α

式中:c′—標準狀態下干煙氣中顆粒物或氣態污染物濃度,mg/m3;

α—有關排放標準中規定的過量空氣系數。

此時標態下顆粒物或氣態污染物的排放率G的計算公式為:

G=c′×Qsn×10-6

式中:G—顆粒物或氣態污染物的排放率,kg/h;

Qsn—標準狀態下干排煙氣流量,m3/h。

由所得到的排放率與相應時間的累積即可得到總的污染物排放總量,即為CEMS總的排放量。由此,經過換算,得到脫硫效率、投運率、二氧化硫排放量等,生成各種符合國家相關標準的日、月、年報表,并監視現場設備的運行狀況,保存在上位計算機中。

4 工程總結

(1)由于是改造工程,測點的選取及設備的布置都受到現場實際情況的限制。根據環保要求規定,測定位置應避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位,測定點需設置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于4倍直徑,和距上述部件上游方向不小于2倍直徑處。當安裝位置不能滿足要求時,應盡可能選擇氣流穩定的斷面,但測定點的前直管段長度必須大于測定點的后直管段長度。所以改造工程中,現場的平臺、扶梯設置等工程量更大。如果在新建工程中,可以統籌考慮。

(2)在脫硫控制系統的選型上應盡可能采用DCS系統,或采用PLC的以太網結構。隨著國家更嚴格的排放控制及企業對脫硫設備的管理需要,脫硫信息均需接入企業管理系統或接入互聯網等,以太網可以接入廣域網(WAN),他的冗余結構、交換技術等可以使數據的通信更便捷。

(3)在CEMS的實際使用中,還應該嚴格遵守運行維護規程,這是正常使用的關鍵。如果感覺數值不準確,就應重新校準及標定分析儀。在使用過程中,應定期檢查過濾器、采樣探頭、管路等是否有結灰、冷凝水等情況,對某些部件,應定期更換。另外由于機組也可能階段性采用高硫煤或其他焚燒物,CEMS的量程設置需及時做出調整。

5 結論

隨著我國環保事業的發展,在脫硫系統中,應更嚴格地按照環保要求的規定設置CEMS系統,并應具有前瞻性和先進性,避免二次投資和改造,以滿足環保排放的要求和取得良好的經濟效益。

[1]HJ/T76-2001,固定污染源排放煙氣連續監測系統技術要求及檢驗方法[S].

Application of CEM S in Desulfurization System

N IDe2fen
(Lantian Environmental Engineering Co.,Ltd,Hangzhou Zhejiang 310012 China)

The reforms of CEMS(Continuous EmissionMonitoring System)in 1#and 2#desulfurization system in ZhejiangBanqiao Paper Co.Ltd are analyzed.The solvable scheme is put forward on how to select the right type and how to install and how to operate well.

desulfurization system;CEMS;refor m

X701

A

1673-9655(2010)05-0053-03

2010-06-10

倪德芬(1971-),女,工程師,主要研究方向為儀表及控制工程。