煙氣排放連續監測系統在超低排放中的設計探討

摘 要：主要介紹煙氣排放連續監測系統（簡稱CEMS）在超低排放中的應用，其內容包括CEMS的監測項目、系統構成、監測方法及設計選型等，針對新的環保要求，提出CEMS的一些設計思路。

關鍵詞：超低排放；CEMS監測；設計

引言

近年來，我國霧霾天氣頻發，大氣污染物排放形式日趨嚴峻。同時，相關環保政策明確新建、在建火電機組必須采用煙氣清潔排放技術，達到燃氣輪機組排放標準要求（煙塵<5mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOX<50mg/Nm3）。隨著環保要求的升級，也對煙氣連續監測系統的測量精確度提過了更高的要求。本文以浙江省某300MW火電廠超低排放后煙囪入口煙氣的監測系統為例。

1 CEMS概述

火電廠煙氣排放連續監測系統（continuous emissions monitoring system，CEMS）是指對燃煤電廠煙氣排放的氣態污染物（SO2、NOX）和顆粒物進行濃度和排放總量連續監測并將信息實時傳輸到主管部門的裝置。CEMS主要由氣態污染物監測系統、顆粒物監測系統、煙氣參數監測系統和數據采集處理與通訊子系統組成。氣態污染物監測子系統主要用于監測氣態污染物SO2、NOX等的濃度和排放總量；顆粒物監測子系統主要用來監測煙塵的濃度和排放總量；煙氣參數監測子系統主要用來測量煙氣流速、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣含氧量、煙氣濕度等；數據采集處理與通訊子系統甲酸污染物濃度和排放量，并將信息實時傳輸到主管部門。

2 CEMS監測方法

2.1 取樣方法

目前國內外煙氣取樣方法有直接抽取法和稀釋法兩種。

直接抽取法是通過取樣管抽取煙氣，取樣時通過伴熱管對煙氣進行保溫，使其不結露，并經冷凝器除濕后送至分析儀。

稀釋取樣法是煙氣通過前端填有濾料的“恒流稀釋探頭”和導氣管，經純凈空氣稀釋的煙氣進入分析儀進行測量。

2.2 顆粒物監測方法

光散射法和濁度法均適用于煙塵連續監測。

光散射法是指煙氣中的煙塵與激光光束發生作用，使部分光發生散射，通過測量散射光強測量煙塵的濃度。

濁度法是采用光束穿透氣流的原理，通過測量光強的強弱程度取得煙塵的濃度值。

2.3 氣態污染物監測方法

紫外熒光法和非分散紅外吸收法適用于SO2監測，化學發光法和非分散紅外吸收法適用于NOX監測。

紫外熒光法原理：煙氣在某個波長的紫外光照射下，其中的SO2分子吸收紫外光產生能級躍遷，從基態變為激發態，激發態SO2不穩定，返回低能量狀態的過程中發射出特定的熒光，該熒光與煙氣中SO2的濃度成正比，通過測量熒光強度，即可得到SO2的濃度值。

化學發光法原理；煙氣中的NO與臭氧反應生成激發態的NO2，其返回基態時放出特定的光，該光的強度與煙氣中的NO濃度成正比，測量發光強度即可得到NO濃度；同時，煙氣中的NO2通過鉬催化技術轉化為NO與臭氧反應，測量光強即可得到NOX總濃度值。

非分散紅外吸收法是指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，通過測量光譜強度的變化量得到氣體的濃度。

3 CEMS設計方案

3.1 原CEMS系統

原CEMS系統采用直接抽取法，煙氣先經過采樣探頭內的初級過濾器對煙氣中的粉塵進行過濾，然后通過已加熱至150℃的探頭和伴熱管線，經過冷凝器二級冷凝除濕，最后進入煙氣分析儀。煙氣分析儀采用非分散紅外法對SO2、NOX進行分析測量。由于原CEMS在濕法脫硫后，煙氣中含水量較大，影響顆粒物的測量。故顆粒物采樣系統安裝在脫硫裝置之前，通過參比方法取得脫硫出口的顆粒物濃度。原CEMS裝置如表1。

3.2 CEMS選型

隨著環保要求的升級，煙囪入口SO2、NOX和煙塵濃度較低，對煙氣分析儀的精度、靈敏度要求更高。對于SO2分析，紫外熒光法的靈敏度比非分散紅外法要高幾個數量級，常用于大氣微量監測，故超低改造后的SO2采用紫外熒光法檢測。對于NOX分析法，化學發光法線性范圍寬，特別在低濃度和微量檢測中應用較多，故NOX采用化學發光法檢測。對于分析煙塵，超低排放改造后增加了管式GGH，將進入煙囪的煙氣加熱至露點以上，排除了含水量較大對煙塵測量的影響，可在煙囪入口增加煙塵測量裝置。煙塵測量的光散射法安裝容易，靈敏度高，測量范圍廣，故選擇光散射法進行煙塵檢測。對于取樣方法，考慮到直接抽取法會因為煙氣中的水汽凝結造成溶解性污染物的成分損失，故選擇稀釋法進行取樣。由于稀釋法取樣為濕法測量，需增加濕度測量進行測量結果修正，故需增加濕度測量儀。同時，采用氧化鋯方法測量氧量。新CEMS裝置如表2。

4 投運效果

新CEMS投運后，運行穩定，特別是在低濃度測量時，消除了測量不準確、數值晃動大的現象。通過第三方檢測機構對CEMS測量結果比對顯示，測量結果滿足超低排放的要求。

5 結束語

新CEMS運行后測量準確，系統穩定，滿足超低排放后煙氣在線監測及環保局的要求。隨著CEMS技術的法發展，CEMS在測量原理、構成和特點方面也將不斷進步，更能適應超低排放后在線監測的要求，也將為改善空氣質量做出更大的貢獻。

參考文獻

[1]HJ/75-2007.固定污染源煙氣排放連續精測技術規范[S].

[2]朱衛東，劉偉，王軍等.火電廠煙氣連續排放自動監測系統[J].自動化儀表，2003，24（5）：5-9.

作者簡介：戴尚訪（1989-），男，浙江臺州人，助理工程師，研究方向：火力發電機組脫硫、脫硝、超低排放調試及相關技術研究。