CEMS在300MW火電機組中的應用

摘 要：本文以我廠CEMS系統為例介紹了300MW火電機組煙氣連續排放監測系統的框架結構及其主要設備的工作原理，歸納了日常維護重點項目及常見的故障處理方法，并對今后的CEMS系統的發展方向進行了預測，為CEMS系統的日常維護工作提供了技術參考。

關鍵詞：300MW火電機組；煙氣連續排放監測系統；CEMS；煙氣流量

引言

過去我國的污染物排放監測主要是以污染物濃度為主的監測，監測頻次低，大部份污染源的排放是根據估算，隨意性很大。這種情況極大地影響了排污許可證制度、排污收費等管理制度的實施。同時，由于污染源排放的基礎數據是環境管理、規劃、質量預測等的基礎，不準確的數據極大地影響了我國環境能源及經濟發展重大決策的科學性和準確性，因此，急需建立能夠連續測量污染物排放總量的監測系統，煙氣連續排放監測系統（簡稱CEMS）正是在這一背景條件下應運而生，為環境核查監測、排污收費、污染治理及實現污染物總量的控制提供了科學的依據。下面以我廠RSC-9000系列煙氣監測系統為例介紹一下CEMS在火電廠的應用情況。

1 系統框架結構及原理

我廠采用的RSC-9000系列煙氣連續排放監測系統有維護、運行兩種狀態，系統在正常運行狀態下，為保護系統正常運行，僅可以進行系統的自動校零和反吹掃操作，前操作面板上的其它按鈕不起作用；當系統處于維護狀態時，即可以操作面板上的按鈕，又可以進行系統手動反吹、人工系統標定工作。該系統由PLC協調控制，完成煙氣連續監測，按系統功能結構可分為煙氣分析子系統、煙塵檢測子系統、輔助參數測量子系統及數據采集處理子系統四部分。

煙氣分析子系統采用直接抽取的方式工作，主要由采樣單元、加熱管線、預處理系統、分析儀、反吹系統及標定系統等部分組成，用于二氧化硫、氮氧化物及氧氣三種氣體的濃度檢測。樣氣采集單元自帶加熱裝置，在探頭加熱裝置中可以根據現場實際工況人工手動調節加熱溫度，達到預期加熱效果，通常情況下探頭的加熱溫度控制在120±10℃內。此外，采樣單元配有2μm氣孔的陶瓷過濾器，最大限度的克服堵塞，降低維護工作量。伴熱管線配有由溫度控制器、交流接觸器、加熱絲等構成的加熱系統，確保樣氣溫度在傳輸過程中保持在120℃左右，避免了水蒸汽凝結，影響測量結果。系統的預處理主要由冷凝器、換熱管、蠕動泵、采樣真空泵、取樣/校準/反吹電磁閥組和精密過濾器等設備構成，完成煙氣冷卻、過濾、流量調節及標定、反吹掃時氣路切換的任務，冷凝部分采用兩級制冷，由冷凝器將煙氣溫度控制4-8℃，除去樣氣中的水分，從而滿足測量干基濃度的要求。蠕動泵用于將冷凝器中的凝結水排出，輸送至儲液罐中。

煙氣分析子系統還設置了溫度、壓力報警，具有全系統自動標定功能。儀表標定時，標準氣體從采樣探頭標定口進入系統進行校準，能夠減少取樣管線及預處理管路對污染物吸附造成的誤差，提高了系統的精確程度。

U23分析儀是煙氣分析子系統的核心設備，它采用非分散紅外測量技術、利用氣體的吸收特性對氣體濃度進行測量，其數學模型可由朗伯-比爾原理表達。以二氧化硫為例對其測量原理進行介紹，特定波長的紅外光源通過敏感通道和參考通道組成的測量單元時，由于二氧化硫對光譜的吸收，使得從敏感通道得到的光信號有所衰減，且衰減的程度直接與二氧化硫的濃度有關，而參考通道的光信號不衰減，經光探測器檢測及光電轉換器的信號轉換，就可以得到與二氧化硫濃度相關的電信號，再通過前置放大器放大、整流，再將信號傳至CPU單元，計算出二氧化硫的濃度。氧量是采用電化學的方法測量，即在氧化鋯管內外兩側涂制鉑電極，用電爐對氧化鋯加熱，當氧化鋯管內外壁接觸氧分壓不同的氣體時，氧化鋯管兩側就會產生氧濃差電勢，當一側氧濃度一定時，根據氧濃差電勢即可得出另一側氧量值。

煙塵檢測子系統采用由光學部分、電路部分、校準器和反吹風機組成的RBW系列粉塵監測儀，該系列粉塵儀基于激光背散射原理工作，激光器發出的 650nm波長的激光束以一個微小的角度射入排放源，激光束與煙塵粒子作用產生散射光，背向散射光通過接受系統進入傳感器轉變成電信號。電路部分實現光電轉換、激光束的調制、信號放大、解調、光源的功率控制、電壓電流轉換功能。校準器用于對儀器進入零點及跨度校準。這種基于光學原理工作的粉塵監測系統，易于受到顆粒物的顏色、粒徑的大小、顆粒物的分布、煙氣中的水霧或水滴、儀器鏡面聚集塵和水霧等因素的影響，要求在其測量區域內不得有水滴、水霧，定期清洗光學鏡頭，維護工作量大。反吹風機在系統中確保粉塵儀的光學鏡頭不被污染。

輔助參數子系統主要測量煙氣流量、溫度、壓力和濕度四個參數。流量采用皮托管配合微差壓變送器測量，皮托管插入煙道中采集煙氣流速的壓力差，通過微差壓變送器計算出電流信號，輸出傳送到PLC進行數據采集。流量反吹系統定期反吹皮托管，防止皮托管被煙氣中的粉塵堵塞，影響測量準確度。溫度檢測通常采用熱電阻配合溫度變送器，將測量值轉化成電流信號，傳送到PLC進行數據采集。壓力測量通過皮托管上的壓力采樣孔連接壓力變送器直接測量。濕度是通過測量煙氣在除水前后兩個狀態下的氧量值，依據氧量濃度差計算得出？

數據采集處理子系統由西門子S7-200系列的PLC及其拓展模塊、上位機、數采儀等主要設備組成，具備數據采集、顯示、存儲、制表及數據轉發等功能。PLC單元通過循環掃描方式實時監測輸入輸出通道的狀態，更新內部寄存器的數據，完成現場參數采集運算及過程控制，并通過RS485串口與上位機的DAS軟件系統進行實時數據通訊。通過上位機的DAS系統及相關的數據庫程序完成現場采集、計算及數據存儲，并可根據需要生成日報、月報及年報，便于環保核查。此外，上位機的DAS系統還具備數據發送功能，可將系統采集的實時數據以串口通信的方式傳送至數采儀，并由數采儀上傳至省、市環保平臺，實現了省、市環保局對煙氣排放情況的實時監管。

2 常見問題及其處理方法

由于我廠采用煙塔合一技術并脫硫工藝系統中未設置增壓風機，致使CEMS運行中出現正壓高、水分大的特點，經常出現取樣頭堵塞及水汽干擾測量的問題，因此，在日常維護中，應適當調高樣氣采集單元及伴熱管線的溫度，避免水汽凝結并吸附在陶瓷過濾器上，致使陶瓷過濾器沾灰堵塞，并縮短系統反吹時間間隔，加大反吹頻率，提高系統運行的可靠性。同時，加強冷凝器排水情況的檢查，避免因冷凝器排水不暢造成二氧化硫測量失真。此外，還應做好取樣管路的嚴密性檢查，確保氣路無漏氣現象，定期進行分析儀零點和量程校準工作及分析儀的性能測試。

在維護中出現真空泵后氣路有水汽現象時，檢查冷凝器的制冷效果以及蠕動泵的排水效果，及時更換損壞備件。特別注意檢查蠕動泵膠管位置是否準確，膠管是否有磨損。若氣路中有水汽不及時處理，將可能造成分析儀器進水，影響系統正常測量。

3 未來CEMS發展方向

CEMS系統長期運行中，抽氣管道老化、接頭松動引起漏氣，管道加熱絲熔斷使煙氣中水氣結露等造成系統測量準確度下降，濕煙塵堵塞過濾器，造成系統不能正常工作等問題比較普遍。為了克服這些弊端，現場監測法開始得到廣泛應用，現場監測法主要由直接在煙道中測量的測量元件，利用氣態污染物吸收光譜的特性進行測量?，F場監測系統的出現，使系統的結構變得更為簡單、合理，不需標準氣體去標定儀器，但煙氣對傳感器的污染，在高溫、高濕條件下傳感器的穩定性有待在今后的應用中進一步考驗。

由于科學技術的不斷發展與創新，還有越來越多的新技術將得到應用，如國外已經將遙感技術應用于CEMS中進行研究與應用，一個方便、準確、快速的CEMS 將在未來得到廣泛應用。