超低排放改造中的CEMS分析及實現

摘 要：山西某燃煤電廠進行超低排放改造后，各污染物排放濃度達到了燃氣輪機排放標準。但在環保驗收工作中分析儀表存在一些問題。文章針對超低改造煙氣污染物連續監測分析儀存在問題的分析，并結合超低排放工藝過程，按照環保部門提的要求采取了相應的解決方案，為燃煤電廠低濃度煙氣污染物準確、穩定連續監測提供了技術參考，為其他電廠超低改造提供借鑒。

關鍵詞：超低排放；低濃度污染物；連續監測

引言

2015年12月11日，環保部等三部委聯合發布的《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》中指出：到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現超低排放，加快現役機組超低排放改造步伐，將東部地區原計劃2020年前完成的超低排放改造任務提前至2017年前總體完成；將對東部地區的要求逐步擴展至全國有條件地區，其中，中部地區力爭在2018年前基本完成，西部地區在2020年前完成。目前已經有很多新電廠實現了超低排放改造，改造方案都經過了嚴格的分析及考察，但是在改造中對污染物測量儀表未引起足夠重視，造成環保改造后驗收后因分析儀表問題造成驗收未能順利，超低電價享受推遲等經濟問題。

1 超低改造前分析儀表分析及存在問題

1.1 CEMS系統的概念和組成

連續測定顆粒物或氣態污染物濃度和排放率所需要的全部設備。簡稱“CEMS”。按功能劃分，一般系由采樣、測試、數據采集和處理組成的監測體系。CEMS的采樣方式有直接測量+紅外或紫外吸收法、直接抽取+非分散紅外吸收法、稀釋抽取+紫外熒光法。

1.2 測量方法主要有兩大類

直接測量法和抽取法。其中抽取法又分為稀釋采樣法和加熱管線法兩種。抽取法是將分析系統和采樣系統分開，分析系統安裝在環境相對較好的CEMS小間內，將采樣裝置安裝于現場，由采樣系統將煙氣從現場抽取至分析儀器進行分析，大大減少了環境對分析系統的干擾。目前現場多采用這種方法。其中為解決高溫煙氣在傳輸過程中因為溫度的下降產生冷凝又有熱管法和稀釋采樣法。

2 分析儀表存在的問題

2.1 原來各污染物執行的標準為GB13223-2011

《火電廠大氣污染物排放標準》中SO2≤200mg/Nm3；NOx≤200mg/m3；煙塵≤30mg/m3，測量儀表滿量程的設置應是最大測量濃度的1-3倍，即SO2和NOx量程為0-600mg/m3，誤差在2%；煙塵量程為0-90mg/m3。本電廠超低改造前CEMS中顆粒物監測使用光濁度法，煙氣采樣為直接抽取法，二氧化硫、一氧化氮檢測采用非分散紅外法（NDIR），氧氣檢測采用電化學法，流速檢測采用超聲波法，溫度檢測采用鉑電阻法。

2.2 超低改造后執行的標準為

煙塵、SO2、NOx排放限值分別為（10，35，50）mg/m3（低熱值煤）。因為改造后取樣點在濕法脫硫后的凈煙氣煙道上，煙氣中的液滴含量常常遠高于煙塵含量，因此液滴也被當作顆粒物被測量造成測量誤差。國內大多數煙氣排放連續監測系統采用的是加熱抽取、冷凝除水的預處理方式，由于煙氣過濾、伴熱抽取、冷凝過程中或多或少都會丟失部分被測組份。對于超低排放來說，氣態污染物組份相對比較低，預處理過程中丟失部分被測組份對測量的影響就更大，特別是冷凝過程中SO2丟失率最大。由于非分散紅外光對SO2、NOx與水氣的吸收峰交叉重疊，水氣的存在對測量結果的影響就很難消除，對低濃度SO2和NOx監測的影響將更加突出。同時環保部門要求在線監控設備應具備使用標準物質進行量值傳遞功能。分析儀下線要求低于0.1mg/m3，SO2和NOx低濃度線性跨度不超過200mg/m3；顆粒物低濃度線性跨度不超過100mg/m3。雙量程自動切換雙檢測量量程自動切換功能。

3 改造方案

脫硫系統改造入口硫份按4000mg/Nm3，出口35mg/Nm3進行改造，采用單塔雙循環工藝，在原有基礎上增加一層或兩層噴淋裝置，對托盤進行改造，新加裝的漿液循環泵采用變頻，對吸收塔阻力進行綜合考慮，選取最優方案，使阻力降至最低，盡量避免增壓風機及公用系統的改造，使工期及投資降到最低，廠用電率達到最低。

脫硝系統改造采用SNCR脫硝技術，以尿素作為脫硝還原劑，設置12支墻式噴射器（單臺爐），采用全截面覆蓋，從旋風分離器入口噴入，脫硝效率不低于70%，改造完成后NOx排放濃度可降低至35mg/Nm3以下。

儀表設備，SO2和NOx采用西克麥麥哈克高精度的S710-UNOR分析儀（不分光式紅外吸收法/薄膜微音器檢測器），取樣探頭采用SMB-202，取樣管路采用SMB-203，該取樣系統采用全程伴熱，在分析儀入口前加冷凝器，去除煙氣中水分。在經過除塵干燥后，樣氣進入儀表，對SO2和NOx進行分析其濃度，能保證在低量程范圍內的準確度。

除塵設備，采用北分SBF800超低排放檢測粉塵儀，其采用德國DURAG技術，先將濕煙氣烘干成干煙氣后用光學散射原理進行測量，采用的是稀釋抽取加熱的方式將濕煙氣轉變成干煙氣。SBF800D煙塵系統的光學傳感器為DURAGD-R800，為前散射原理測量煙塵濃度。D-R800激光二極管的集成在SBF800D煙塵系統的測量單元上，調制光穿透測量筒，塵埃粒子的光散射主要是分散，因此接收透鏡是定位在D-R800測量探桿上，散射光的強度與粉塵濃度成比例，因此灰塵越多，所產生的散射光越強。激光束打在塵埃上，產生散射光，散射光通過接收透鏡及其光纖傳遞到光敏二極管上進行光電轉換，光敏二極管產生電流信號，該電流信號由微處理器進行處理，轉換成粉塵測量信號。SBF800低濃度煙塵在線監測系統主要有樣氣采樣器、樣氣稀釋裝置、DR-800低濃度煙塵測量單元、測量控制單元、反吹裝置等組成。這些裝置分別負責樣氣的采集、按控制單元的設置比例稀釋樣氣濃度、測量稀釋過的樣氣中煙塵濃度、控制各個裝置的工作、執行反吹工作。

與其他濕煙氣粉塵儀的比較，由于濕煙氣中的粉塵無法直接采用干法粉塵儀進行測量，也只有為數不多的廠商有濕煙氣粉塵儀，且采用在煙道上開孔直接抽取煙氣烘干后進行測量，采用這種直接抽取烘干的方式，設備測量池及管路特別容易堵塞，且對工況流速、壓力、濕度的要較高，滿足工況的范圍有限，為消除常規濕煙氣粉塵儀只加熱抽取的缺點，SBF800濕煙氣粉塵儀采用稀釋加熱抽取的采樣方式，這種采樣方式能很好的控制采樣流量，減少不必要的粉塵吸入量，而且采樣探頭、稀釋風、采樣管路全稱高溫加熱，迅速烘干濕煙氣使采樣的樣氣進入測量池分析粉塵含量；同時SBF800將烘干后的樣氣采用散射原理進行粉塵測量，散射原理能進行小量程測量，測量精度高，對于零點幾個mg/m3的粉塵也能進行測量。

脫硝設備采用曼德克的整套系統，其中NOX/O2采用科德爾CODELGCEM4100-S模塊，該模塊精度高，反應靈敏，能及時反映出煙氣中NOX的含量，從而控制噴氨量，以防止過噴或者少噴，造成NOX含量降不下來或者氨液浪費。氨液的過噴，不僅污染其后的煙道及脫硫設備，因其毒性和可爆炸性，對周圍的環境也會造成極大的污染。因此，我們也安裝了兩套氨泄漏探頭，采用科德爾CODELGCEM6000模塊，能準確檢測氨的泄漏量，為此時采取措施，提供了可靠的技術保障。

4 結束語

改造的總體進展是順利的，但是在過程當中，還是出現了一些未曾注意到的細節，使改造過程出現了小小的困難。例如在線自動監控設備沒有實現雙檢測量量程自動切換功能，在各方協調下，才使儀表及DCS、CEMS控制間等都通過改動實現了該功能。還有脫硫吸收塔的加高，導致取樣伴熱管線加長，而原來的開關容量，對加長后的伴熱管線容量不夠，使得伴熱帶開關經常跳閘。通過更換到更大容量的開關，這個問題得到了徹底解決。在改造最終完成后，經過調試，系統運行穩定，相對于原來的污染物排放，新系統達到了更低濃度的排放標準，對污染物的測量也在低量程范圍內，準確而穩定地測量。污染物的降低，為環境的改善起到了積極的作用。