燃氣發電廠CEMS系統改造措施分析

郭強

摘要：目前各火力發電企業積極探索除塵、脫銷設施改造方法，并升級改造其配套的CEMS系統，提高煙氣污染物監測準確度，使煙氣排放污染物得到有效控制。本文以鄭州燃氣發電有限公司為例，就其CEMS系統改造措施進行分析，以供相關人員參考。

關鍵詞：煙氣在線監測;CEMS系統;燃氣發電廠

引言：

我國高度重視能源生產革命，密切關注煤電清潔水平的提升，出臺了相關文件予以企業技術性的指導和支持，加強對污染物在線監測的要求。鄭州燃氣發電有限公司針對企業現有的CEMS系統情況展開分析，通過對其有效改造，實現了有效的污染物排放控制。

1、CEMS系統改造可行性分析

鄭州燃氣發電有限公司成立于2004年，建設2臺德國西門子390MW燃氣-蒸汽聯合循環發電機組。機組型號V94.3A，屬于西門子第三代改進型技術。公司是國家“西氣東輸”管線配套工程，河南省內首家大型燃氣電廠，發揮氣、電兩網調峰作用。工程經國家發改委核準，2005年7月開工建設，2007年兩臺機組相繼建成投運。天然氣從西氣東輸鄭州門站引專用管路接入廠區，電力送出由500KV線路并入河南電網，除鹽水水源為城市自來水，冷卻水源主要為城市中水，備用冷卻水源為黃河原水。機組設計年利用小時為3500小時，2臺機組年設計發電量27億千瓦時。

2013年，鄭州燃機按照當地環保局要求，改造了煙氣自動監控系統，系統于2013年由河南省環境監控中心審核后通過，并投入運行。但就目前國家出臺的相關煙氣排放技術規范而言，對在線自動監控系統明確了新要求，其中在技術方面要求監測設備應涵蓋雙量程，鄭州燃機現有煙氣監測系統量程較大，無法實現煙氣污染物濃度的精確測量，并且在長年的使用過程中，設備趨于老化，其測量準確度不斷降低，公司內部的系統站房無法適應最新的環保管理要求，亟需技術改造。

2、傳統CEMS煙氣測量技術應用現狀

與國家相關技術規范相比較，鄭州燃機CEMS系統存在分析儀表量程過大的問題，導致精確度下滑，測量與實際有較大誤差。紅外分析儀表會受到煙氣水分影響，預處理水能力相對較差。取樣管路吸附樣氣后，將會造成測量誤差較大。粉塵分析儀主要原理是利用激光以后向散射式形式進行測量，但是當煙氣中水分含量出現變化時，將會導致煙道內的煙氣發生溫度異常，這時，這種測量方式在測量過程中會將水分顆粒與煙塵顆粒一起作為測量對象，制約了煙塵數據測量的準確性。流速測量為點測量，其主要借助單點皮托管形式進行，測點代表性不強，具有主觀性。根據公司機組大修后的煙氣情況，結合國家煙氣排放標準，需對CEMS系統進行配套改造。

3、CEMS系統改造措施分析

3.1安裝位置選擇

根據相關煙氣排放檢測技術規范，CEMS系統取樣點應注意環境光線、電磁輻射對取樣點產生的影響，其位置選擇區域內的煙道振動要處在較低頻率內，安裝位置不能有漏風情況，同時，要避開煙氣中的水霧，如果無法避開，應采用與環境相適應的監測探頭以及儀器。針對垂直管段以及煙道負壓這兩個區域，可優先選擇設置取樣點，這時采取的樣品更具有代表性。其測定位置不可在煙道的彎頭處，也不可在斷面變化較為復雜的部位，應貫徹“前四后二”原則。取樣點在距離上要保持與監測站房較近的位置，一般為70米以內。

3.2氣態污染物監測

本文主要以直接抽取的取樣方式為例，簡要分析在CEMS系統中，不同氣態污染物的監測。

3.2.1取樣探頭

在取樣探頭中，一般運用加熱型采樣探頭，可避免在取樣探頭部位出現煙氣凝結的現象。可同樣沿用加熱型取樣探桿，以免樣氣凝結在取樣探頭中。

3.2.2取樣管線

取樣管主要運用一體式加熱型，在樣品傳輸管線中，伴熱應在120℃高溫以上，并且貫穿整個過程。材料的選擇主要強調其抗腐蝕性要求，還需要考慮其惰性化特點，在最大程度上避免樣件吸附情況的出現。在雙管結構下，要使全系統中覆蓋校正回路，使其與相關環保標準要求相符合。

整條采樣管線應包括探頭到分析儀，其鋪設方式主要采用橋架或者穿管形式，管線在此基礎上得到有效的支撐保障。在管線的傾斜度方面，要求其應在5°以上，并在4～5米間隔內安裝卡箍，使管線積水現象得以避免[1]。

3.2.3預處理系統

預處理系統主要指樣品氣的處理，通過在特定條件下對樣氣加以處理，其與分析儀所需要的樣品氣條件相符合，同時還具有保持樣品成分作用，避免樣品濃度出現失真的情況。

在新技術升級的情況下，預處理系統功能得到進一步提升，建立在動態加磷酸中，利用壓縮機進行制冷將水去除，再使用干燥器進行滲透，在預處理中，樣氣損耗得到顯著降低，同時也實現了二氧化硫的損耗控制，與氣體污染物排放檢測要求相滿足。

3.2.4氣體分析儀

可使用量程相對較小的紅外氣體分析儀，提高測量的精確度。紅外氣體分析儀產生的紅外光源具有較長的使用壽命。就目前而言，直接抽取法中非分散紅外分析方法使用十分廣泛。紫外分析儀運用在燃氣發電廠，可避免煙氣中未完全燃燒參與甲烷對測量二氧化硫的干擾。特別是在機組啟停階段，若使用紅外氣體分析儀，煙氣中殘余甲烷對二氧化硫測量影響巨大。

但是紅外、紫外分析儀在使用中均不可直接對二氧化氮進行測量。因此，在測量煙氣中二氧化氮時，應注意利用二氧化氮轉換器將其轉換成一氧化氮后，方可測量，以滿足氮氧化物在CEMS系統中的總量監測要求。

3.3顆粒度監測

激光后散射粉塵儀在價格方面優勢明顯，簡單的結構組成使其在安裝過程中十分便捷，這種粉塵儀的使用范圍十分廣泛，但是其很容易受到各種各樣因素的干擾。例如，在煙氣中，不同物理特性的顆粒物形態，會加大測量出現偏差的可能性。光學鏡片污染也會使測量受到影響。在煙氣中含有水分的情況下，會對測量結果產生干擾。同時，儀表自身漂移現象以及測量校準環節較為復雜等問題都會對測量結果產生不同程度的影響。

目前，加熱抽取激光前散射式監測儀可實現對煙氣顆粒物的有效檢測，能有效控制高濕、低溫情況下的脫硫問題[2]。其可實現在線連續檢測，與相關部門的具體環保要求相符合，同時，通過加熱抽取，避免了煙氣中的水分干擾，可對高濕低溫狀態下的煙氣顆粒物進行測量，與傳統粉塵儀相比，其量程更低，具有良好的準確性，能對超低顆粒物測量。同時，其校準方面智能化水平較高，可自動歸于零點，避免了出現低于零點的現象。檢測儀探頭還具有自動反吹功能，無需維護，其使用成本性價比更高。

4、CEMS系統改造后情況分析

鄭州燃氣發電公司CEMS系統改造措施后，監測系統設備運行趨于穩定狀態，測量數據更加準確，符合國家相關標準要求的同時，增加了煙氣濕度測量。其中，氮氧化物、二氧化硫、顆粒物等三項污染物量程得到有效控制，在不斷降低中目前已經趨于合理范圍內[3]。借助紫外分析儀，可使二氧化硫測量值不會受到煙氣在未完全燃燒情況下殘余甲烷的影響，其測量準確程度進一步提升。運用粉塵儀，使其測量與超低排放標準相符合，與改造前相比，粉塵測量值下降程度在90%以上。在CEMS系統中新增添了二氧化氮轉換器，對煙氣的總體氮氧化物濃度加以測量，確保了其始終與最新的國家檢測標準相符合。公司內部原有的CEMS站房已經拆除，新建站房在原有場地基礎上將面積增加到20平方米，與地方要求的站房技術標準保持一致。目前設備存在二氧化硫零點負漂移情況，但是因二氧化硫濃度較低將會造成運行中檢測值低于零的現象，可對自動零點校準頻率加以提高，使低于零點問題得到有效解決。

結論：

在CEMS改造完成后，解決了因燃氣輪機啟停階段二氧化硫數據檢測失真帶來的困擾，燃氣發電機組排放污染物得到準確監測，滿足了環保標準要求。CEMS系統作為企業重要設備，應切實結合國家技術標準進行改造，確保其數據的準確性。

參考文獻：

[1]劉洪博.火電廠超低排放煙氣CEMS改造措施[J].中國環保產業，2018（11）：60-62.

[2]孫成永，陳量.鍋爐超低排放煙氣在線監測技術探討[J].科技創新與應用，2018（32）：134-136.

[3]李志遠.火電廠超凈排放形式下的CEMS改造研究[J].綠色科技，2016（04）：97-98.