CEMS系統(tǒng)在火電廠中的應(yīng)用及存在問題分析

徐樺

【關(guān)鍵詞】脫硝 脫硫 CEMS 火電廠 應(yīng)用

1 引言

隨著我國大力推進(jìn)工業(yè)化的發(fā)展，隨之而來的就是面臨著環(huán)境惡化這一嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。而現(xiàn)代人民的生活更加追求健康，因此對于環(huán)境有著更高的要求。而火電廠仍然是目前最為常見的發(fā)電場所，但火電廠排放大量的煙塵對于環(huán)境的污染是十分嚴(yán)重的。所以對于火電廠的產(chǎn)生的大量煙塵這一污染問題，必須有相應(yīng)的方案進(jìn)行解決，煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）應(yīng)運(yùn)而生，雖然不能從根本上解決污染問題，但也是起到了很好的緩沖監(jiān)督作用。火電廠的排放物檢測主要分為人工檢測和儀器檢測兩類。在實際情況中，人工檢測消耗的成本高，時間長，因此效果并不理想。而CEMS系統(tǒng)，則可以彌補(bǔ)人工測試的缺點(diǎn)。它效率高，準(zhǔn)確性好安全性優(yōu)，因此國家也曾下達(dá)過相關(guān)文件對于CEMS的作用表示肯定。而后下達(dá)相關(guān)規(guī)定：火電廠內(nèi)的煙道和煙囪必須安裝CEMS裝置，這樣能準(zhǔn)確地檢測出排放物的相關(guān)情況。

2 CEMS系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用

CEMS的主要作用是可以監(jiān)測到火電廠產(chǎn)生的污染物數(shù)據(jù)，為其他環(huán)保工作的開展提供數(shù)據(jù)上的支持。

2.1 CEMS系統(tǒng)應(yīng)用流程

2.1.1 對樣本的采集

對于樣本的采集，一般有直接取樣法、稀釋取樣法和現(xiàn)場在線取樣三種。在采集排放物之前，一般對其先進(jìn)行稀釋工作。一般在采集器的探頭頂部小孔可以吸納火電廠的排放廢氣，探頭內(nèi)部可以首先對廢氣進(jìn)行稀釋。廢氣在進(jìn)行分析之前，可以不對廢氣進(jìn)行除濕工作，由于廢氣已經(jīng)進(jìn)行過稀釋，這樣溫度會被控制在合理的范圍內(nèi)，并不會產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。對于只被稀釋過的樣本廢氣，由于還存在一定的濕度，可以采用濕法測量。同時，由于省去了除濕這一環(huán)節(jié)，對于節(jié)約成本來說也是有很大幫助的，而且一旦除濕設(shè)備出現(xiàn)問題，會導(dǎo)致結(jié)露現(xiàn)象的出現(xiàn)等其他一系列的問題。所以說，在采集排放物的同時對其進(jìn)行稀釋工作是最佳的處理方案。

2.1.2 對樣本的測量

CEMS一般使用不同的測量方式對于廢氣中的不同成分進(jìn)行濃度的監(jiān)測。通常需要檢測的污染物分為兩大類：一類是硫化物，另一類是氮化物和一氧化碳。檢測硫化物的方法是紅外法，而檢測氮氧化合物和一氧化碳的方法是非分散法，與此同時，對于污染物中氧氣含量的還需要使用電化學(xué)的方法來測定。煙塵的測量一般采用光學(xué)的方法。濕度的測量通常由相應(yīng)的傳感器來幫助完成。煙氣的流速一般由超聲波法來進(jìn)行測量。使用以上的科學(xué)方法測試出來的結(jié)果準(zhǔn)確度高，可信度好。

2.1.3 對檢測數(shù)據(jù)的傳輸

通常對于整個CEMS系統(tǒng)，樣本采樣器，分析儀器以及數(shù)據(jù)傳輸是被計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連為一體的，這樣保證了數(shù)據(jù)的時效性和有效性，同時計算機(jī)可以對數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)耐瑫r，生成圖表等，可更加直觀的表現(xiàn)出數(shù)據(jù)，為企業(yè)的工作提供便利。在提供便利的同時，由于數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)國家已經(jīng)有明確的規(guī)定，所以要在檢測污染物排放的同時，也要監(jiān)督好數(shù)據(jù)的傳輸工作，在嚴(yán)格的規(guī)范下完成準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸工作。

2.2 CEMS在火電廠的應(yīng)用

2.2.1 煙氣脫硫

因為在火電廠中，煙氣脫硫的設(shè)備通常被安排在鍋爐以后，煙囪以前，所以它的安裝位置就決定了火電廠中主要的檢測主要對象就是硫。煙氣脫硫，顧名思義，就是除去煙氣中的二氧化硫。煙氣脫硫系統(tǒng)用于脫硫系統(tǒng)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)用于脫硫系統(tǒng)工藝控制，反映脫硫效率。同時脫硫出口監(jiān)測數(shù)據(jù)用于環(huán)保監(jiān)測。可以連續(xù)在線監(jiān)測顆粒物的濃度、二氧化硫濃度、氮氧化合物濃度、氧氣含量、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流速、一氧化碳和二氧化碳濃度。其控制計算機(jī)可以將所測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存貯。可以通過網(wǎng)絡(luò)與上級環(huán)保部門的計算機(jī)連接，環(huán)保部門可以方便、快捷地調(diào)用監(jiān)測數(shù)據(jù)。企業(yè)內(nèi)部可以通過局域網(wǎng)根據(jù)訪問權(quán)限對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。如讀取數(shù)據(jù)、修改狀態(tài)參數(shù)甚至對系統(tǒng)進(jìn)行直接操作。煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)由以下幾個重要系統(tǒng)組成：系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；氣體分析儀；顆粒物分析儀；溫度、壓力、流速監(jiān)測儀；樣氣預(yù)處理系統(tǒng)；保護(hù)反吹系統(tǒng)和自動校準(zhǔn)系統(tǒng)。

CEMS系統(tǒng)通過可編程邏輯控制器（PLC）對CEMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制，提供24小時的記錄接口系統(tǒng)，可以將加工過的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理及控制子系統(tǒng)（DAS），其控制指令通過DAS激活。PLC能自動控制煙氣抽取，將樣氣提供給ULTRAMAT 23分析儀，具有執(zhí)行分析儀的零點(diǎn)校準(zhǔn)、量程校準(zhǔn)、自動反吹和冷凝液排放的功能。除此之外，還能顯示CEMS狀態(tài)（采樣/校零/反吹）和監(jiān)測故障狀態(tài)并能報警。通過自動校準(zhǔn)做出校準(zhǔn)報告，并且按照環(huán)保部門要求編造日報表、月報表、年報表，生成趨勢圖和餅圖等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用西門子S7-200系列PLC，由CPU224、DI/DO擴(kuò)展模塊EM223、模擬量輸入模塊EM231和模擬量輸出模塊EM232構(gòu)成。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過RS232轉(zhuǎn)換器和MODBUS進(jìn)行信號傳輸與DAS通訊。數(shù)據(jù)處理及控制子系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)打印、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)丟失處理和數(shù)據(jù)保密的功能，保障了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全和穩(wěn)定性。

2.2.2 煙氣脫硝

和上面提到的脫硫系統(tǒng)有很大的不同，因為煙氣脫硝中的煙塵含量比煙氣脫硫的煙塵含量要高出很多，同時溫度可達(dá)到500℃，這樣惡劣的工作環(huán)境，對于設(shè)備的耐磨、耐腐蝕、防阻塞、耐高溫是很大的考驗。同時由于整個設(shè)備的安裝位置不同，脫硝設(shè)備在除塵設(shè)備之前而相反的脫硫在其之后，這也導(dǎo)致了兩種設(shè)備的工作狀況有著很大的差異。按照脫硫CEMS系統(tǒng)生產(chǎn)的設(shè)備零件在脫硝CEMS系統(tǒng)中往往并不能滿足要求。CEMS系統(tǒng)可以保證煙氣脫硝在穩(wěn)定安全的環(huán)境下進(jìn)行，所以要保證CEMS系統(tǒng)有效安全的運(yùn)行，盡量避免出現(xiàn)問題，在出現(xiàn)問題后也要相處相應(yīng)對策及時解決。在煙氣脫硝中，系統(tǒng)主要需要檢測的數(shù)據(jù)有NOx、NH3 濃度（依據(jù)規(guī)范，NOx的濃度需要轉(zhuǎn)化為NO2的濃度）、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流速、氧氣濃度等。在計算機(jī)控制部分，一般采用PLC進(jìn)行控制，需要控制的系統(tǒng)環(huán)節(jié)主要有：采集、數(shù)據(jù)處理、吹塵、維護(hù)、校正、預(yù)警等。當(dāng)系統(tǒng)處于前五項狀態(tài)的時候，計算機(jī)輸出信號保持不變，當(dāng)系統(tǒng)處于預(yù)警狀態(tài)時，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施處理發(fā)現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。計算機(jī)將數(shù)據(jù)及時的匯總整合上傳，以便環(huán)保部門對于相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行審核。

2.2.3 其他項目

一般鍋爐內(nèi)會對于氧氣和一氧化碳的濃度進(jìn)行測量，主要是為調(diào)查鍋爐內(nèi)的燃燒情況。煙塵的測量主要是為測試除塵器的除塵效果。當(dāng)前我國還沒有對火電廠的二氧化碳和貢的排放提出連續(xù)監(jiān)測的要求，但是一些試點(diǎn)單位已經(jīng)開始相關(guān)的工作。這些試點(diǎn)單位測量工的濃度的主要方法是冷原子吸收分光光度法，而二氧化碳的濃度的測試方法一般與二氧化硫相同，上文已經(jīng)闡述過，在此不贅述。

3 火電廠CEMS系統(tǒng)應(yīng)用出現(xiàn)的常見問題及解決方案

3.1 煙氣采樣系統(tǒng)堵塞的問題

首先，由于煙氣采樣系統(tǒng)工作的環(huán)境較為惡劣，一般的煙氣粉塵濃度較高，容易造成系統(tǒng)堵塞情況的發(fā)生。所以一般在采集煙氣的探頭頂部的小孔前，都會安裝過濾裝置，防止顆粒粉塵進(jìn)入到采樣系統(tǒng)當(dāng)中，但還是不能完全避免采樣裝置內(nèi)部堵塞，而一旦發(fā)生堵塞的情況，解決這種問題的就非常困難。下面列舉幾種常見情況：

（1）煙氣中粉塵顆粒含量大，導(dǎo)致過濾器堵塞；

（2）過濾器的孔徑選擇不合適，造成堵塞；

（3）溫度控制不合理，導(dǎo)致采樣內(nèi)部的廢氣凝結(jié)導(dǎo)致堵塞；

（4）清理時間間隔過長，導(dǎo)致堵塞；

（5）采樣管道內(nèi)彎折導(dǎo)致樣本流通受阻，從而堵塞；

（6）廢氣內(nèi)含有的油成分過多，導(dǎo)致堵塞。

解決問題的主要方法是首先要保證伴熱管線的溫度，保證管線內(nèi)的排放物不出現(xiàn)凝結(jié)的現(xiàn)象，同時根據(jù)實際的排放物的情況，選擇合適的過濾器，同時要盡量減少管道的彎曲程度，使樣本易于通過，同時固定的清掃管道頻率也要滿足要求。

3.2 高溫問題

由于脫硝系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)的差異性，導(dǎo)致兩系統(tǒng)的出煙溫度相差很大，一般在200～300℃之間，所以如果要使用原本與脫硫系統(tǒng)一樣的脫硝CEMS監(jiān)測方案，在設(shè)備上就要有所差異，例如采樣探頭和皮托管等都需要采用的是耐高溫的材料，這樣才能保證整套系統(tǒng)的安全運(yùn)行，得出的數(shù)據(jù)也能更加準(zhǔn)確。

3.3 腐蝕問題

煙氣中含有多種有害物質(zhì)，所以在采集進(jìn)行檢測的時候可能因為外界條件的變化導(dǎo)致發(fā)生反應(yīng)，生成酸或堿等含有腐蝕性的物質(zhì)，這樣會腐蝕系統(tǒng)內(nèi)探頭、皮托管等材料，導(dǎo)致安全等問題的出現(xiàn)。

解決腐蝕問題要保證伴熱管線的溫度，保證廢氣不結(jié)露，在材料的選擇上選擇較為耐腐蝕的材料，例如雪迪龍廠家品牌的哈氏皮托管，型號：PT1-03-L2000在同類型機(jī)組中運(yùn)行使用較好。定期的清掃，同時做好裝置的檢查和維護(hù)工作，特別針對腐蝕現(xiàn)象展開檢查，做到早發(fā)現(xiàn)早記錄早更換。

3.4 設(shè)備溫度高導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題

CEMS房間空間較小，設(shè)備卻較多，發(fā)熱量大，或者CEMS系統(tǒng)房間內(nèi)空調(diào)出現(xiàn)問題，功率小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到房間內(nèi)的制冷效果，這會導(dǎo)致導(dǎo)致了設(shè)備測量NOX數(shù)值不準(zhǔn)，上傳到環(huán)保局的數(shù)據(jù)也出現(xiàn)異常。

所以為了解決這些問題，應(yīng)當(dāng)做好以下幾點(diǎn)：

（1）加強(qiáng)脫硫、脫硝CEMS房間的溫濕度定期巡檢，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋，并組織進(jìn)行檢修；

（2）脫硫、脫硝CEMS房間的空調(diào)應(yīng)加大定期維護(hù)力度，并做好維護(hù)記錄；

（3）脫硫、脫硝CEMS房間的空調(diào)需要冗余配置，制冷量要大，以防夏季氣溫過熱導(dǎo)致設(shè)備異常。

3.5 蠕動泵問題

蠕動泵因為長期在荷載作用下工作，因此容易出現(xiàn)蠕動泵轉(zhuǎn)輪經(jīng)長期運(yùn)行已出現(xiàn)磨損情況，無法擠壓蠕動泵管把水排出，這樣會出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪變形，擠壓不嚴(yán)，排水不暢的問題，保護(hù)過濾器裝置里已有大量積水，膜式過濾器進(jìn)水堵塞管路，最終導(dǎo)致數(shù)據(jù)測量異常，所以應(yīng)采用較為結(jié)實耐用的材料，一般使用的蠕動泵選用的是PVC材質(zhì)，采用黃銅或不銹鋼材料加工轉(zhuǎn)輪來代替它能很好防止這種情況的出現(xiàn)。

3.6 分析儀數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確問題

分析儀所在的室內(nèi)空間較小，可能會出現(xiàn)廢氣未完全排除，有一部分滯留在室內(nèi)的情況，這樣在對數(shù)據(jù)與大氣內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對時，可能會造成對于大氣測量的這一參照組數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確而導(dǎo)致數(shù)據(jù)測量出現(xiàn)偏差，引起測量數(shù)據(jù)整體偏小的情況，最好的解決辦法是將廢氣完全排除，并定期做好檢查工作，減小由此帶來的誤差。

4 結(jié)語

目前的環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)峻，所以國家未來對于火電廠等污染較為嚴(yán)重的工業(yè)監(jiān)管力度將越來越嚴(yán)格，所以CEMS作為嚴(yán)格檢測火電廠排放的系統(tǒng)，會越來越廣泛地被使用，所以如何更好地使用CEMS也是我們需要考慮的問題，在使用的過程中，對于問題要早發(fā)現(xiàn)早解決，從根本入手，保證CEMS得出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、高效，更好地為企業(yè)服務(wù)，為環(huán)保做出貢獻(xiàn)。

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