火電廠超低排放煙氣CEMS改造措施

劉洪博

（華能長春熱電廠，長春 130216）

1 引言

為加快推動能源生產(chǎn)和消費革命，進(jìn)一步提升煤電高效清潔發(fā)展水平，國家發(fā)展和改革委員會、生態(tài)環(huán)境部、國家能源局聯(lián)合制定的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》規(guī)定，到2020年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)組改造后大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，即在基準(zhǔn)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10mg/Nm3、35mg/Nm3、50mg/Nm3。

2 煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)組成

固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）由顆粒物監(jiān)測單元和（或）氣態(tài)污染物SO2和（或）NOx監(jiān)測單元、煙氣參數(shù)監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)采集與處理單元組成。系統(tǒng)測量煙氣中顆粒物濃度、氣態(tài)污染物SO2和（或）NOx濃度，煙氣參數(shù)（溫度、壓力、流速或流量、濕度、含氧量等），同時計算煙氣中污染物排放速率和排放量，顯示（可支持打印）和記錄各種數(shù)據(jù)和參數(shù)，形成相關(guān)圖表，并通過數(shù)據(jù)、圖文等方式傳輸至管理部門。

3 燃煤鍋爐超低排放改造項目

某企業(yè)2×350MW燃煤機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫、一爐一塔脫硫裝置，不設(shè)煙氣換熱器（GGH），脫硫效率大于95%。電除塵采用雙室四電場靜電除塵器，除塵器設(shè)計效率不小于99.8%。脫硝設(shè)備采用選擇性催化還原法SCR脫硝，單爐體雙高灰型SCR結(jié)構(gòu)體布置，不設(shè)旁路，SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的還原劑采用氨，催化劑初始按“1+2”模式布置，布置一層催化劑條件下脫硝效率不小于50%。

該項目脫硫前后各安裝一套CEMS即原煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)和凈煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。煙氣CEMS取樣方式采用直接抽取采樣法。凈煙氣CEMS系統(tǒng)測量參數(shù)：SO2、NOx、CO、O2、煙塵含量、煙氣流量、煙氣溫度、壓力、濕度等。系統(tǒng)的檢測信號通過硬接線方式送入企業(yè)分散控制系統(tǒng)（DCS），并將系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)通過有線或無線方式傳輸至相關(guān)管理部門。該企業(yè)對凈煙氣CEMS進(jìn)行了超低排放改造。

4 傳統(tǒng)CEMS超低排放煙氣測量技術(shù)壁壘

1）分析儀表量程大、精度低、測量誤差大；2）預(yù)處理除水能力低，水分對紅外分析儀表有干擾；3）取樣管路對樣氣有吸附，測量值有偏差；4）粉塵儀測量受水汽影響大、粉塵測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；5）流速測量采用單點皮托管方法，屬于點測量，測點不完全具有代表性；6）依據(jù)煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)及電廠環(huán)保設(shè)施進(jìn)行超低排放升級改造后所產(chǎn)生煙氣的特性，需升級傳統(tǒng)CEMS系統(tǒng)滿足超低排放測量要求。

5 超低排放煙氣CEMS改造措施

5.1 安裝位置選擇

依據(jù)《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 75-2017）選擇CEMS取樣點的位置，具體要求如下：1）位于固定污染源排放控制設(shè)備的下游和比對監(jiān)測斷面上游；2）不受環(huán)境光線和電磁輻射的影響；3）煙道振動幅度盡可能小；4）安裝位置不漏風(fēng)；5）安裝位置應(yīng)盡量避開煙氣中水滴和水霧的干擾，如不能避開，應(yīng)選用能夠適用的檢測探頭及儀器；6）優(yōu)先選擇在垂直管段和煙道負(fù)壓區(qū)域，確保所采集樣品的代表性；7）測定位置應(yīng)避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位，滿足“前四后二”的要求[1]；8）監(jiān)測站房與采樣點之間的距離應(yīng)盡可能短，原則上不超過70米。

5.2 氣態(tài)污染物監(jiān)測單元

按取樣方式不同氣態(tài)污染物CEMS系統(tǒng)可分為直接抽取式、稀釋抽取式、直接測量式。該項目以直接抽取式為例[2]。

5.2.1 取樣探頭

為防止煙氣在取樣探頭部位凝結(jié)，采用加熱型采樣探頭取樣，取樣探桿也采用加熱型的，保證樣氣在取樣探頭不凝露。

5.2.2 取樣管線

采用一體式加熱型取樣管；樣品傳輸管線全程采用120℃以上高溫伴熱，并選用抗腐蝕和惰性化的材料，以減少樣品吸附；雙管結(jié)構(gòu)，具備全系統(tǒng)校正回路，滿足環(huán)保規(guī)范要求。

從探頭到分析儀的整條采樣管線的鋪設(shè)應(yīng)采用橋架或穿管等方式，保證整條管線具有良好的支撐。管線傾斜度≥5°，防止管線內(nèi)積水，在每隔4～5m處裝線卡箍。

5.2.3 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)是對樣品氣進(jìn)行處理的環(huán)節(jié)，既將樣氣的條件處理為符合分析儀的分析條件的樣品氣，同時避免樣品成分及濃度失真，預(yù)處理系統(tǒng)功能包括除塵、降溫、流量調(diào)節(jié)、采樣控制等，所有預(yù)處理集成在一面機(jī)柜中。

為滿足超低排放檢測要求和減少樣氣在預(yù)處理中的損耗，預(yù)處理系統(tǒng)采用新技術(shù)進(jìn)行升級，采用動態(tài)加磷酸+壓縮機(jī)制冷除水+滲透干燥器的預(yù)處理方式，有效控制了SO2的損耗。5.2.4 紅外氣體分析儀

采用小量程紅外氣體分析儀，測量精度高，紅外光源使用壽命長。直接抽取法CEMS，80%以上都采用非分散紅外分析方法。

由于紅外分析儀一般不能直接測NO2，需增加NOx轉(zhuǎn)換器將煙氣中的NO2轉(zhuǎn)化為NO后一并測量，滿足CEMS系統(tǒng)對氮氧化物總量的監(jiān)測。

5.3 顆粒度監(jiān)測單元

目前國內(nèi)主要以激光后散射顆粒物監(jiān)測儀和加熱抽取激光前散射式顆粒物監(jiān)測儀為主[3]。激光后散射顆粒物監(jiān)測儀的價格較低，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，適用范圍較寬，但激光后散射粉塵儀測量也受以下影響：1）煙氣中顆粒物形態(tài)（物理特性）不同，造成測量的偏差；2）光學(xué)鏡片污染造成測量的偏差；3）煙氣中水分對測量的干擾；4）儀表本身的漂移問題；5）校準(zhǔn)較麻煩。

為了解決脫硫出口高濕、低溫下煙氣中顆粒物監(jiān)測的難題，目前的解決手段主要是采用加熱抽取激光前散射式顆粒物監(jiān)測儀。抽取式激光前散射式顆粒物監(jiān)測儀有如下特點：1）在線連續(xù)測量，滿足環(huán)保要求；2）加熱抽取，消除水分干擾，適用于高濕、低溫?zé)煔猓?）量程低、精度高，滿足超低顆粒物測量要求；4）自動零點、量程校準(zhǔn)；5）探頭自動反吹功能，免維護(hù)。

5.4 煙氣流速測量單元

煙氣流速測量，主要采用S型皮托管（差壓法），通過差壓傳感器測出煙氣動壓，根據(jù)氣體流速與氣體動壓的平方根成正比的關(guān)系計算出煙氣流速。

皮托管差壓法測量流速，準(zhǔn)確快速，簡便實用，帶氣路反吹及自動清洗裝置，維護(hù)量少。皮托管屬于點測量法，該項目因脫硫出口煙道截面較大，煙氣流速在整個截面流速不完全一樣，單點皮托管不能完全代表整個煙道煙氣的排放速度，建議采用矩陣式流速測量裝置。

矩陣式流速測量裝置的特點：1）實現(xiàn)全截面測量，測量結(jié)果更具有代表性；2）防堵設(shè)計，維護(hù)量小；3）對安裝位置要求較低（相對于“前四后二”）。

6 結(jié)論

燃煤機(jī)組進(jìn)行超低排放改造后，煙氣排放的氣態(tài)污染物及顆粒物減少，在保證環(huán)保排放達(dá)標(biāo)的同時，也促進(jìn)了燃煤電廠的可持續(xù)發(fā)展，改善了環(huán)境。煙氣CEMS系統(tǒng)作為企業(yè)自我管理和政府監(jiān)管的重要設(shè)備和手段，CEMS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，因此對CEMS系統(tǒng)的選型、安裝調(diào)試、運行維護(hù)等每一個環(huán)節(jié)都要重視，真正達(dá)到安裝CEMS的目的。