煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的供電可靠性分析

摘要：隨著國家對環(huán)境保護(hù)越來越重視，政府有關(guān)部門對火力發(fā)電企業(yè)的固定污染源煙氣排放的監(jiān)管日趨嚴(yán)格，排放標(biāo)準(zhǔn)也在逐步提高。因此，尋求一種更為可靠的CEMS供電方式迫在眉睫。現(xiàn)以提高某發(fā)電廠CEMS的供電可靠性為出發(fā)點(diǎn)，通過分析、對比幾種CEMS供電方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定并成功應(yīng)用了一種可靠的CEMS供電方案。

關(guān)鍵詞：CEMS;供電可靠性;廠用電;交流保安電源;UPS

0 引言

為積極貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國大氣污染防治法》，加強(qiáng)對固定污染源煙氣排放的監(jiān)測監(jiān)管力度，提高固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測管理水平[1]，中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部于2017年底發(fā)布了《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）及《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》（HJ 76—2017）等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱CEMS）的技術(shù)性能、運(yùn)行要求等加以規(guī)范。同時(shí)，各地環(huán)保部門明確要求：必須在火力發(fā)電企業(yè)煙囪上安裝CEMS，以實(shí)現(xiàn)對出口煙氣中SO2、NOx、顆粒物排放進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測監(jiān)管。因此，為了實(shí)現(xiàn)對火力發(fā)電企業(yè)固定污染源煙氣排放進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測監(jiān)管，對CEMS連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性提出了更高的要求。想要保障CEMS連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，火力發(fā)電企業(yè)及其設(shè)計(jì)單位必須認(rèn)真研究、分析CMES的供電需求，設(shè)計(jì)一種安全、可靠的供電方案，從而避免因CEMS供電故障造成設(shè)備停運(yùn)、監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失、環(huán)保數(shù)據(jù)傳送中斷等，導(dǎo)致火力發(fā)電企業(yè)的電價(jià)補(bǔ)貼受到影響，甚至受到政府有關(guān)部門的行政處罰。

本文主要針對某發(fā)電廠已有發(fā)電機(jī)組進(jìn)行超低排放改造的同時(shí)，對比分析在煙囪上新增CEMS的各種供電方案，最終確定并成功實(shí)施其中一種安全、可靠的CEMS供電方案。

1 工程概況

某發(fā)電廠#3和#4發(fā)電機(jī)組（2×660 MW）已有配套建設(shè)的脫硫系統(tǒng)采用單元制配置，一爐一塔的石灰石-石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)排放性能指標(biāo)為：粉塵排放濃度≤25 mg/Nm3，SO2排放濃度≤50 mg/Nm3。該發(fā)電廠在2017年進(jìn)行了脫硫、除塵超低排放一體化改造，改造要求設(shè)計(jì)排放性能指標(biāo)為：煙囪出口的粉塵排放濃度≤5 mg/Nm3，SO2排放濃度≤35 mg/Nm3。

在超低排放改造前，每套脫硫系統(tǒng)原煙氣和凈煙氣各安裝了一套CEMS，分別安裝在脫硫系統(tǒng)原煙道和凈煙道上。超低排放改造后，脫硫系統(tǒng)原煙道和凈煙道安裝的CEMS利舊，作為內(nèi)部考核用;在煙囪上新增一套CEMS，以滿足超低排放監(jiān)測要求，將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門實(shí)時(shí)監(jiān)管，并作為發(fā)電廠廢氣排污費(fèi)、脫硫電價(jià)、脫硝電價(jià)、除塵電價(jià)及超低排放電價(jià)補(bǔ)貼的核算依據(jù)。因此，煙囪上新增的CEMS供電可靠性要求更高。

2 CEMS系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

CEMS是指連續(xù)監(jiān)測固定污染源顆粒物和（或）氣態(tài)污染物排放濃度和排放量所需要的全部設(shè)備[1]。

2.1? ? CEMS系統(tǒng)組成

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，如圖1所示。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)（包括溫度、壓力、流速或流量、濕度、含氧量等），同時(shí)計(jì)算煙氣中污染物的排放速率和排放量，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[2]。

2.2? ? CEMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

CEMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括樣品采集和傳輸裝置、預(yù)處理設(shè)備、氣體分析儀器、數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)備以及其他輔助設(shè)備等。根據(jù)CEMS測量方式和原理的不同，CEMS由上述全部或部分結(jié)構(gòu)組成[2]。

3 有CEMS供電解決方案

該發(fā)電廠固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)采用抽取式CEMS，CEMS用電負(fù)載主要有：分析儀表1套、就地工控機(jī)1套、數(shù)采儀1套、環(huán)保數(shù)據(jù)平臺(tái)1套、煙氣抽取管路伴熱帶1套、煙塵儀表1套、濕度儀表1套。已有的CEMS供電方式采用脫硫系統(tǒng)熱工配電柜提供的電源供電，熱工配電柜雖然采用一路廠用電電源和一路交流保安電源兩路電源供電，兩路電源采用雙電源自動(dòng)切換裝置（ATS）實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)切換，但兩路電源切換時(shí)間較長（約1～2 s），無法實(shí)現(xiàn)對CEMS的不間斷供電。已有的CEMS供電方案如圖2所示。一旦正常電源進(jìn)線出現(xiàn)故障，在切換到備用電源時(shí)，將造成CEMS重要設(shè)備、分析儀表重啟;CEMS重啟后需要執(zhí)行初始化程序，其間將中斷數(shù)據(jù)的采集、分析和傳輸。

根據(jù)《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5153—2014），按照CEMS內(nèi)部負(fù)荷的性質(zhì)和重要性進(jìn)行分類，將CEMS內(nèi)部負(fù)荷分為交流不停電負(fù)荷（0I類負(fù)荷[3]）和交流保安負(fù)荷（0III類負(fù)荷[3]）;0I類負(fù)荷包括：分析儀表（1 kW）、就地工控機(jī)（0.5 kW）、數(shù)采儀（0.5 kW）、環(huán)保數(shù)據(jù)平臺(tái)（0.5 kW），合計(jì)2.5 kW;0III類負(fù)荷包括：煙氣抽取管路伴熱帶（3.5 kW）、煙塵儀表（3 kW）、濕度儀表（0.5 kW），合計(jì)7 kW。

為了提高已有的CEMS供電可靠性，提出了以下兩個(gè)方案：

方案一：按CEMS負(fù)荷的性質(zhì)和重要性分組供電，0I類負(fù)荷為一組，0III類負(fù)荷為另一組。0III類負(fù)荷供電方式保持不變，仍由原熱工配電柜提供電源供電;0I類負(fù)荷由新增在線式UPS裝置[4]供電，在CEMS配電箱進(jìn)線斷路器上增加一只微型斷路器（iC65H-C25A/2P），為在線式UPS裝置提供AC220 V電源輸入，在線式UPS裝置輸出為0I類負(fù)荷供電，容量選擇為5 kVA。CEMS供電改造方案一如圖3所示。

方案二：基本思路同方案一，按CEMS負(fù)荷的性質(zhì)和重要性分組供電，0I類負(fù)荷為一組，0III類負(fù)荷為另一組。0III類負(fù)荷供電方式保持不變，仍由原熱工配電柜提供電源供電;0I類負(fù)荷由電氣專業(yè)UPS裝置供電，在CEMS配電箱上增加一只微型斷路器（iC65H-C25A/2P），作為0I類負(fù)荷分組的電源輸入。CEMS供電改造方案二如圖4所示。

上述兩個(gè)改造方案相較于原CEMS供電方案，供電可靠性均有提高;兩個(gè)改造方案作為對內(nèi)部考核的CEMS供電，均能滿足要求。經(jīng)核查，CEMS配電箱內(nèi)尚有預(yù)留空間，可增加微型斷路器，因此，上述兩個(gè)改造方案均可實(shí)現(xiàn)。方案一僅需增加一臺(tái)攜式UPS裝置及接線，對外部幾乎沒有任何改造要求，實(shí)施難度較低;方案二需要從電氣專業(yè)UPS裝置取電，需要核算電氣專業(yè)UPS裝置容量，并增加敷設(shè)UPS電源電纜，改造工作量較大。經(jīng)對比，最終選擇并實(shí)施方案一作為本次原煙氣和凈煙氣CEMS的供電改造方案，運(yùn)行效果良好。

4 新增煙囪CEMS供電方案

新增煙囪CEMS系統(tǒng)組成及負(fù)荷與原煙氣和凈煙氣CEMS基本相同，但煙囪CEMS數(shù)據(jù)作為環(huán)保部門進(jìn)行實(shí)時(shí)煙氣排放監(jiān)測監(jiān)管的重要依據(jù)，影響到發(fā)電廠廢氣排污費(fèi)、脫硫電價(jià)、脫硝電價(jià)、除塵電價(jià)及超低排放電價(jià)補(bǔ)貼。因此，煙囪上新增的CEMS以更高的供電可靠性作為供電方案的選擇依據(jù)。

煙囪CEMS的供電方案也在上述兩個(gè)CEMS供電改造方案中選擇，基本供電方案不再贅述。通過分析比較，方案一雖然實(shí)施起來簡單，但考慮到在線式UPS裝置的可靠性不如電氣專業(yè)UPS裝置，在線式UPS裝置是串聯(lián)在供電回路中，一旦發(fā)生故障將會(huì)造成整個(gè)CEMS的0I類負(fù)荷失電，CEMS將無法正常工作，反而無形中增加故障隱患。相比較在線式UPS裝置而言，脫硫系統(tǒng)電氣專業(yè)UPS裝置采用電廠專用型UPS裝置，采用三路電源進(jìn)線，分別為一路UPS主機(jī)交流主電源輸入由交流保安電源提供，一路UPS主機(jī)直流電源輸入由220 V直流系統(tǒng)提供，一路UPS交流旁路電源輸入由脫硫PC段提供[5];主機(jī)交流主電源與直流電源間、主機(jī)電源與旁路電源間均能實(shí)現(xiàn)不間斷電源切換，供電更加安全、可靠，電氣專業(yè)UPS裝置系統(tǒng)如圖5所示。因此，方案二作為煙囪CEMS供電的首選方案。

由于煙囪CEMS為本次改造新增設(shè)備，電源電纜敷設(shè)不會(huì)增加改造難度和施工工程量。經(jīng)查閱原脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料，原脫硫系統(tǒng)UPS計(jì)算負(fù)荷為21 kVA，按不大于60%負(fù)載率選擇的UPS裝置額定容量為40 kVA;查閱原脫硫系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，改造前UPS實(shí)際運(yùn)行輸出電流最大為80 A，對應(yīng)輸出功率為15.4 kVA;仍按不大于60%負(fù)載率核算，UPS裝置尚有8.6 kVA的容量裕度，完全滿足本次新增煙囪CEMS所需UPS容量的要求，同時(shí)，UPS裝置饋線柜內(nèi)尚有備用饋線回路。因此，最終選定并實(shí)施方案二作為煙囪CEMS的供電方案，運(yùn)行效果良好。

5 結(jié)語

隨著我國對環(huán)境保護(hù)越來越重視以及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)體系的不斷完善，各火力發(fā)電企業(yè)也更加重視煙氣污染源的達(dá)標(biāo)排放。因此，除了需要更加重視煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）本身的質(zhì)量外，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注提高CEMS的供電可靠性。可靠的CEMS供電方案可以保障CEMS安全、穩(wěn)定運(yùn)行，環(huán)保數(shù)據(jù)傳送真實(shí)、有效。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 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[S].

[2] 固定污染源煙氣（SO2、NOX、顆粒物）連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法：HJ 76—2017[S].

[3] 火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程：DL/T 5153—2014[S].

[4] 電力工程交流不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程：DL/T 5491—2014[S].

[5] 中國電力工程顧問集團(tuán)有限公司.電力工程設(shè)計(jì)手冊火力 發(fā)電廠電氣一次設(shè)計(jì)[M].北京：中國電力出版社，2018.

收稿日期：2020-06-24

作者簡介：王勇（1981—），男，上海人，工程師，注冊電氣工程師（供配電），主要從事燃煤電廠及垃圾焚燒廠煙氣脫硫、脫硝、除塵等大氣污染防治工作。