火電廠超低排放改造脫硫CEMS系統的選型分析

許程

摘 要：隨著火電廠環保排放標準的提高，火電廠超低排放技術被廣泛運用，隨之帶來的是CEMS測量準度與精度不能滿足超低排放技術的需求。該文即針對該種情況，著重介紹燃煤電廠超低排放濕法煙氣脫硫的煙氣連續監測儀的選型分析。

關鍵詞：CEMS 超低排放 選型分析

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）07（c）-0041-02

目前有很多電廠已經完成了超低排放改造，超低排放要求在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于5、35、50 mg/Nm3。火電廠原有的CEMS設備難以滿足超低排放改造后監測及監督要求，也需要進行相應的升級改造。該文即介紹火電廠超低排放改造脫硫CEMS的選型。

濕法脫硫入、出口CEMS一般設置SO2、O2、NOx、溫度、壓力、流量、煙塵、濕度等測點。

CEMS系統多采用直接抽取法和稀釋抽取法。SO2分析方法有：非分散紅外吸收法、紫外吸收法、稀釋紫外熒光法。其中以非分散紅外吸收法最多，它是一種基于氣體吸收理論的方法，紅外光源發出的紅外輻射經過一定濃度待測的氣體吸收之后，與氣體濃度成正比的光譜強度會發生變化，測量相關波段紅外線的衰減幅度即可測量相應氣體的濃度。應用該原理的分析儀有西門子ULTRAMAT 23，ABB公司的EL3020系列，日本HORIBA公司的ENDA-600，艾默生公司的X-STREAM，SICK MAIHAK的S710等。

紫外吸收法通過SO2對紫外特征光譜的吸收原理進行測定，該方法國內CEMS廠家采用較多，以杭州聚光的CEMS-2000為代表，另外國外ABB公司的EL3020分析儀等也有紫外分析模塊，其在國內電廠中相對應用較少。

稀釋紫外熒光法在稀釋抽取法中運用較多。紫外熒光法是基于分子發射光譜法，主要有美國熱電子（Thermo Electron公司）的43I，日本HORIBA公司的APSA-370，上海華川環保科技有限公司的美國API等。

NOx分析方法主要有：非分散性紅外吸收法（NDIR法）、紫外吸收法和稀釋-化學發光法等。非分散性紅外吸收法的分析原理及廠家品牌同SO2分析儀。

化學發光法測量NOX是根據NO和臭氧氣相發光反應的原理制成的。把被測氣體連續抽入儀器，其中的NOX經過NO2-NO轉化器后，都變成NO進入反應室，在反應室內與臭氧反應生成激發態NO2。當激發態NO2回到基態時，就會放出光子，光子通過濾光片和光電倍增管后轉變為電力信號，電流信號的大小與NO的濃度成正比。應用該原理的主要有美國熱電子（Thermo Electron公司）的42I，日本HORIBA公司的APNA-370，上海華川環保科技有限公司使用的美國API等。

檢測O2大多采用電化學氧化鋯法或熱磁法測量煙氣中O2，也有采用電化學原電池法測量O2[1]。

隨著超低排放改造的逐步實施，火電廠原有的CEMS設備，尤其以非分散性紅外吸收法（NDIR法）分析原理的多組分分析儀為代表難以滿足超低排放下的排放監測及監督要求。主要表現在兩個方面：首先是量程過大，尤其是超低排放出口的量程過大，其次是測量精度不夠。因此需要對原有CEMS系統進行改造或更換。從CEMS分析原理來看，使用稀釋抽取法的CEMS分析儀，精度和量程都容易滿足超低排放的要求。譬如美國熱電子（Thermo Electron公司）的43I和日本HORIBA公司的APSA-370 SO2分析儀，其低量程都可以設置為0～100 mg/m3（可根據需求定制），檢出下限為0.01 mg/Nm3；美國熱電子的42I和日本HORIBA公司的APNA-370的NOx分析儀，其低量程可以設置為0～50 mg/m3（可根據需求定制），檢出下限為0.01 mg/Nm3，均可以滿足超低排放的要求。直接抽取法原理的CEMS設備則需要CEMS廠家進行相應的改造來達到超低排放的要求。以北京雪迪龍公司的SCS-900西門子ULTRAMAT 23為例。常規CEMS無法滿足“超低排放”低濃度氣體的準確測量的原因為采用管路吸附，待測氣體溶于水等，造成待測氣體損失以及管路腐蝕嚴重。針對以上問題，對預處理系統進行了改造，采用快速旁路，縮短樣氣在管路中停留時間，減少管路對待測氣體的吸附，采用滲透管脫水技術，待測氣體無損失。改造后該分析儀低量程可以設置為0～100 mg/m3，檢出下限亦能滿足超低排放要求。該產品在某電廠的超低排放改造中得到了很好的應用，通過了環保部門的驗收。

光散射法在火電廠粉塵測量中應用較多。光散射法基于光散射原理，經過調制的激光或紅外平行光束射向煙氣，煙氣中的煙塵將入射光向所有方向散射，經煙塵散射的光強在一定范圍內與煙塵濃度成正比例，通過測量散射光強度來定量煙塵濃度。超低排放改造后該方法在脫硫入口仍然適用，但不適用于脫硫出口，因為脫硫出口煙氣中水分含量比較大，且粉塵含量較低。超低排放中對于脫硫出口粉塵的測量采用抽取法，系統通過等速取樣裝置從煙道中連續抽取代表性煙氣，加熱到結露點溫度以上使水滴蒸發，然后測量干煙氣條件下的顆粒物濃度。該類型粉塵儀通常采用窄角度前散色測量方式，使顆粒物類型和折射率變化的影響最小化。此類型粉塵儀常用的產品有英國PCME STACK 181WS，德國杜拉革DURAG D-820F，德國福德世的PFM06ED，中國安榮信的LFS1000—MO，這些粉塵儀的低量程為0～15 mg/m3，均可滿足超低排放的要求。

煙氣流量的測量也是CEMS測量中的一個難點，主要是煙氣管道的管徑大，前后直管道短，測量裝置容易堵塞。根據環保部相關文件：對普遍存在的煙氣流速（流量）測量不準等問題應按技術規范要求調整采樣點位，不具備調整條件的，換裝矩陣式流速儀等新型設備[2]。目前在超低排放改造工程中，大部分電廠采用矩陣式流量計測量煙氣流量。矩陣式流量計是基于類孔板原理，在煙道截面上采用等截面多點測量，根據各測量截面尺寸的大小、直管段長短等因素確定測量點數，將許多個測量點等截面有機地組裝在一起，正壓側與正壓側相連，負壓側與負壓側相連，正、負壓側各引出一根總的引壓管，分別與差壓變送器的正、負端相連，測得截面的平均速度，然后計算出煙氣流量。矩陣式流量計的主要廠家有南京益彩、南京友智等，在國內火電廠均有較多的應用。

超低排放改造后CEMS系統中O2、溫度、壓力、濕度等設備的選型與超低改造前的基本一致，該文不再詳述。

由于CEMS設備選型決定了火電廠的運行質量，超低排放改造對火電廠CEMS系統提出了更高的要求，深入比較和分析CEMS測量技術對于設計、選型和應用具有較大的借鑒意義。

參考文獻

[1] 孟曉光.燃煤電廠超低排放濕法煙氣脫硫系統CEMS系統的選型及應用[J].科技傳播，2016（14）：236-237.

[2] 環保部.關于加強“十二五”主要污染物總量減排監測體系建設運行情況考核工作的通知，環發〔2013〕98號[Z].2013.