淺談煙氣連續監測系統及其在電廠的應用

劉斌 劉海旺

（內蒙古北方蒙西發電有限責任公司，內蒙古 烏海市016014）

火力發電廠一直是大氣污染中的重要污染源之一，火電廠是空氣中二氧化硫的主要排放源，早在20世紀70年代，一些發達國家就開始對煙氣排放的二氧化硫、氮氧化物進行監測。我國在這方面還比較落后，監測系統形成的也較晚，現在由于大氣污染嚴重，人們已經開始對環境加以關注，各火電廠的煙氣排放都具有嚴格的標準，煙塵分析成為排放的一個主要指標。煙氣連續監測系統(簡稱CEMS)是為煙氣排放污染物連續監測而專門設計的在線監測系統。

1 系統構成

煙氣連續監測系統由SO2/O2/NOX分析儀、煙塵儀、流量計、壓力變送器、濕度/濕度計及數據處理單元(DAS)組成。

1.1 氣態污染物監測系統

氣態污染物監測系統有3種設計方法：直接抽取法、稀釋取樣法和現場安裝型。

1.1.1 直接測量取樣法

直接測量取樣法操作簡單，方便，經濟性強，主要是采用差分吸收法進行測量，即把部件安裝在煙道中，將一束光直接照射在煙道氣體中，利用分子的吸收光譜測量若干波長上的吸收系數，根據這些波長上分子吸收系數的差來確定吸收分子的含量，具有較強的抗干擾性。但由于這種方法主要是在煙道中進行，所以儀器在如此惡劣的環境下壽命就很難維持長久，維修起來也有諸多的不便，同時差分吸收無法實現在線校準，測量精度低，難以長期連續工作。

1.1.2 稀釋取樣法

稀釋法通過采用臨界孔技術保證稀釋比。所謂臨界孔是指當臨界孔兩端的壓力比達到0.53以上時，流體經過臨界孔的流速被限制在聲速，因此流體流過 臨界孔的流量是恒定值，很容易保證稀釋氣的壓力恒定，即稀釋氣的流速亦是一個恒定值，所以樣氣的稀釋比是一個恒定值。

1.1.3 直接抽取法(加熱管線法)

直接抽取法是通過加熱管對抽取的已除塵的煙氣進行保溫，保持煙氣不結露，經細除塵干燥裝置冷凝除濕預處理裝置后再送至分析儀。直接抽取法由于存在脫水過程，對煙氣中濃度較低且易溶于水的HCl、NH3、H3S等成分無法測量，因此不能用于垃圾焚燒發電廠的煙氣監測中。若將高溫高濕的煙氣送入儀器中進行分析，則對分析儀的要求很高，整套系統價格昂貴，多應用于多成分、低濃度、易溶于水的氣態污染物測量。

1.2 煙塵測定儀

在線煙塵監測儀最多采用的是光學方法，其原理分濁度法測量和激光散射法測量兩種。濁度法因其技術成熟性和經濟性是目前國內使用較普遍的一種進行在線煙塵監測的方法，濁度法(透射法，對穿法)是指光通過含有煙塵的煙氣時，光強因煙塵的吸收和散射作用而減弱，通過測定光束通過煙氣前后的光強比值來定量煙塵濃度。相對于濁度法的優點來講，其在安裝時需要雙端同時進行，且維修時有許多的不便，在兩端還需要潔凈的空氣來進行保護，因此濁度法的這些缺點也是在使用中必須考慮的因素。

1.3 氣體流速儀

氣體流速測量有3種方法：熱差法、壓差法和超聲波方法。

1.3.1 熱差法是指煙氣通過熱傳感器時，帶走的熱量與煙氣流速和熱傳感器的電阻阻值變化成比例，通過測量熱傳感器的電阻阻值變化可求得煙氣流速，熱傳感法適宜于便攜式測量。

1.3.2 壓差法利用壓差傳感器、皮托管等測出煙氣的動壓和靜壓，動壓和靜壓與被測煙氣流速成一定的比例關系，從而可定量煙氣流速。皮托管差壓法為常用方法，但皮托管差壓法使用在測量帶有大量石膏漿液顆粒的煙氣時容易發生取樣管堵塞，需加強反吹和疏通。

1.3.3 超聲波法通過超聲波順著煙氣流向和逆著煙氣流向通過已知距離的兩個點時，其傳輸時間不同，連續測定傳輸時間差可實現煙氣流速的連續監測。采用超聲波方法進行氣體流速測量效果最好。FLOWSIC100UHA SSTi超聲波型流量計，測量過程為非接觸式，具有較高的測量精度，并可以進行煙氣的溫度測量。兩套超聲波的發射器/接收器成直線安裝在煙道中，與煙氣流向成一定的夾角a，聲波的傳輸時間隨氣體的流向變化：在與氣流方向相同的方向上，傳播時間Tv被縮短；在與氣流方向相反方向上，傳播時間Tr被延長。聲波的傳輸時間隨氣體的流向變化；氣體流速計算公式為：

設煙道橫截面積為A，煙氣體積流量為：

Q=3600×Vm×A

其中：Vm--測定煙道斷面的煙氣平均流速；

L--超聲波在煙道中的傳播路徑；

a--煙道中心線與超聲波的傳播路徑的夾角；

Tv--聲波順氣流方向在煙道中的傳播時間；

Tr--聲波逆氣流方向在煙道中的傳播時間。

FLOWSIC100UHA SSTi超聲波型流量計是通過測量超聲波在煙氣中順流和逆流行進的時間差來 計算煙氣流速，與環境溫度、壓力及氣體的具體成分沒有關系，測量精度高。而且，測量所得的是煙道橫截面的平均流速，代表性很強。超聲波發送器用鈦制造，探頭用SS316制造，耐腐蝕性很好。系統不需要進行反吹，操作簡單。

1.4 濕度測量

濕度測量采用的是一種高溫應用的濕度傳感器HMP235，該系列濕度連續監測儀采用電容型傳感器，濕度變化引起電容解質介電常數的變化，因而使電容量發生變化，通過測量電容就可以測量濕度。芬蘭VAISALA公司生產的HMP235A型高溫電容法濕度計，有溫度校準，精度高 ，但考慮到電廠的工況穩定，煙氣含水量變化不大，采用短時測量取平均值輸入做濕度校準計算。這樣可以防止濕度計的意外損壞，延長儀器使用壽命。

1.5 數據采集系統

系統采用SMC-900型數據采集系統。該采集系統是以數據采集/控制儀為基礎建立的，它是以工控機為主體設計的，具有強大的硬件和軟件功能。軟件主要功能有：使用含氧量計算折算濃度、使用濕度計算干氣濃度、使用溫度，壓力計算標態濃度、計算總排放量、形成實時報表、自動生成日報表，月報表，年報表、記錄故障事件、故障報警、聲，光、缺失數據的處理、記錄校準報告、通過數據通訊終端向上位機傳送數據和報表，數據處理和表格形式符合HJ/T76-2001的規定。對氣體分析系統的反吹，校準進行控制。對探頭堵塞，加熱輸氣管 溫度，氣體濕度進行連鎖控制。顯示CEMS的流程圖，幫助運行維護人員了解系統運行情形 。形成趨勢圖，棒圖、實現無線通信等。

結語

CEMS煙氣連續監測系統已在火力發電廠中得到廣泛應用，在線監測電力生產過程中產生污染氣體的固定排放源以及煙氣脫硫、脫硝系統的控制和監測，有利于運行人員及時調整監控脫硫、脫硝、除塵等環保設施的運行狀態，加強達標排放管理，為環保部門的監督提供了科學先進的檢測手段，這對于排放點的有效監測與管理有著積極而重要的意義。

［1］HJ/T 75-2001.火電廠煙氣排放連續監測系統技術規范［S］.

［2］HJ/T 76-2001.固定污染源排放煙氣連續監測系統技術要求及檢測方法［S］.