CEMS煙氣自動監測系統在我廠的應用

摘 要：LNG燃氣電廠的生產在電網負荷調峰過程中起到了舉足輕重的作用，LNG燃氣電廠的生產過程啟、停及升、降發電負荷的頻繁為電網靈活的負荷調整起到關鍵的作用。在這種情況下對LNG燃氣電廠中的鍋爐排放的煙氣進行連續監測為煙氣中各類有害氣體實時提供數據是必不可少的環節。本文論述了ABB公司生產的EL3020型煙氣排放連續監測系統（CEMS）的構成、原理及在我廠中的應用。

關鍵詞：CEMS 煙氣 連續監測 SO2 NOx 煙塵

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0122-01

我廠主要是LNG、9F級的2×393MW燃氣蒸汽聯合循環，德國西門子原裝LNG燃機，上海電氣的發電機及汽輪機，余熱鍋爐為三壓、再熱、臥式、無補燃、自然循環、燃汽輪機余熱鍋爐，該余熱鍋爐由杭州鍋爐集團股份有限公司，引進德國西門子公司，全套燃氣輪機余熱鍋爐設計技術，設計制造本套汽輪機余熱鍋爐。我廠分別在#1、#2余熱鍋爐煙囪頂部安裝了一套ABB公司生產的EL3020型煙氣排放連續自動監測系統（CEMS），該系統采用紫外差分吸收光譜法，即長光程差分吸收光譜法（DOAS）原理研制而成，成功實現了煙氣排放（SO2、NOx、煙塵）在線實時自動監測。

1 系統介紹

1.1 煙氣排放連續監測系統的定義

連續測定顆粒物和/或氣態污染物濃度和排放率所需要的全部設備，英文名稱“Continuous Emission Monitoring System”，簡稱“CEMS”。它是由采樣、測試、數據采集和處理三個子系統組成的監測體系。

1.2 CEMS組成和描述

煙氣CEMS由顆粒物CEMS和/或氣態污染物CEMS（含O2或CO2）、煙氣參數測定子系統組成。通過采樣方式或非采樣方式，測定煙氣中的污染物濃度，同時測定煙氣的溫度、壓力、流速或流量、煙氣的含氧量，煙氣的含水分量（或輸入煙氣含水量）；計算煙氣污染物排放率、排放量；顯示和打印各種參數、圖表并通過數據、圖文傳輸系統傳輸至管理部門。

1.3 煙氣在線監測儀

1.3.1 煙氣在線監測儀的構成和原理

YDZX-01型煙氣排放連續監測系統包括煙氣測試分析儀、氧量分析儀、流速儀、凈化空氣吹掃系統等幾部分。煙氣在線監測儀完成SO2、NOx、煙塵濃度的測量，流速儀完成對流速、煙氣溫度、煙氣壓力等的測量，經過RS232口傳至現場工控機，完成數據采集、處理、存儲。凈化空氣吹掃系統向測試儀鏡片不斷的吹掃，以保持測試儀鏡片的清潔。

在整套設備中，煙氣測試分析儀是核心，所有原始數據的獲得全由它完成。分析儀主要包括光學系統、機械結構、電子學測量和控制系統等部分。

1.3.2 光學系統

光學系統是完成煙氣光譜采樣的關鍵。光學系統主要由發射和接收兩大部分組成，包括光源、透鏡、角反射器、狹縫和多道光譜儀等。光源發出的光經過透鏡直接進入煙道中，通過煙氣吸收后經角反射器返回，由狹逢進入光譜儀，由光柵分光，在光柵色散焦平面由二極管陣列探測器（PDA）接收。

1.3.3 機械結構

機械結構部分包括插入式氣體采樣管、二極管陣列探測器的線性檢測及本底測量裝置的機械驅動。考慮到煙道中溫度很高，而且有SO2等腐蝕性很強的污染氣體，所以氣體通道包括測量槽及有關配件均采用不銹鋼、透紫外光的石英玻璃材料制作。氣體通道上的光學元件和密封元件均耐高溫耐腐蝕。

1.3.4 插入式氣體采樣管

它是測量和采樣的關鍵，將其置入煙道內，滿足了連續在線監測的要求，省去了抽氣方式中的長距離采樣加熱管道、過濾器、冷凝器等復雜裝置，簡化了系統設計，使系統安裝和控制更方便。

1.3.5 工作過程

光譜法測量污染氣體濃度是利用光在氣體中傳播時氣體分子對光的吸收，在一定條件下，遵循朗伯-比爾定律，即光通過氣體后，有一部分被吸收，其吸光度與氣體分子濃度及氣層厚度的乘積成正比。儀器利用氣態污染物對特定波段的光具有吸收特性，選擇波段在200～320 nm的紫外光作光源，因為在此波段內水分子和其它氣體幾乎沒有吸收。入射光被污染物吸收后，經光柵分光，由高靈敏二級管陣列探測器測量吸收光譜，并由此經計算機根據Beer定律，利用反演算法得到污染物的種類和含量。

光源發出的寬帶光譜經石英聚光透鏡后通過光分束器，再由反射鏡反射到準直透鏡，通過前窗鏡照射到探頭后端的角反射鏡上，探頭窗鏡上裝有透光波段200～250 nm的紫外濾光片。角反射鏡反射光按原光路返回到光分束器上，然后經過準直透鏡照射到光譜儀的入射狹縫上，通過光柵色散形成光譜。高靈敏度線陣CCD探測器將光信號轉變為電信號，CCD探測器輸出的信號經前置放大器放大后送入高速信號采集A/D和CPU處理單元；控制處理單元的功能是將該信號數字化并存入存儲器，然后由系統總控制單元采用適當地算法對其進行處理得到SO2、NOx濃度等信息。在數據分析和處理中采用硬件和軟件平均濾波技術，構成了差分吸收光譜測量系統，從而使光源強度隨著時間的慢變化不影響測量精度。由于計算是通過吸收峰來進行的，是由譜線的峰值和谷值來反演出來的，而粉塵只是對整條譜線起著衰減的效果，因此粉塵的變化不會對測量結果產生影響；監測過程煙氣中主要吸收氣體分布。

2 應用

煙塵、氧量、SO2、NOx溫度、流速參量分別由煙塵監測儀、氧分析儀及變送器、熱電偶、皮托管和壓差傳感器測量，這些儀器把測量結果傳送到信號調理器（變送器），信號調理器（變送器）把這些信號轉換成數字信號，以RS485方式傳送到儀表間內的數據采集器。數據采集控制器匯集各智能化儀器的測量數據和系統工作狀態并上報給控制中心的中心控制數據網絡服務器，同時控制整套監測儀器的運行。控制中心主要由一臺中心控制室數據網絡服務器及其外圍設備構成?？刂浦行哪壳暗闹饕B接一個或多個前端數據采集器，控制中心最終數據與機組主控室中的DCS系統相連，在DCS系統上設定CEMS煙氣連續自動監測區域，顯示實時數據和系統運行狀態。查看歷史數據，可以圖表形式顯示歷史數據，可對各種圖形進行任意放大、縮小，圖表顯示排氣量以及煙塵、SO2、NOx、O2、CO、CO2的排放量以當時相對應的發電負荷，各種數據報表的打印與輸出。定時向管理部門發送排放數據報告，并可隨時響應管理部門的遠程數據查詢。相關環保部門可以通過網絡得到所監測各污染氣體的排放數據的報告，起到了真實的遠程監督的作用。

3 結語

在國家大力提倡發展減排增效的環保型燃氣電廠中EL3020型煙氣排放連續自動監測系統（CEMS）憑著系統工作可靠、運行費用低、安裝簡便、無需人員監守等優點，在該行業里起了重要的作用。該系統為我廠機組運行過程排放出煙氣中的有害氣體起到了實時監控的作用，同時也為我廠、相關環保部門提供了可靠準確的數據起到了重要的作用。