1000MW超低排放機組煙氣在線監測系統測量準確性研究

王召鵬，李大鵬，尹海鵬

（神華國華壽光發電有限責任公司，山東 濰坊 262714）

0 引言

煙氣排放連續在線監測系統（CEMS）包括煙氣參數（溫度、壓力、流速或流量、氧量、濕度等）測量模塊、氣態污染物測量模塊（SO2和NOx）和煙塵濃度測量模塊等。CEMS系統主要包括取樣系統、測量分析儀和其他輔助設備。取樣系統對煙氣進行采樣，樣氣進行必要的預處理后進入測量模塊。CEMS系統通常配有自動吹掃裝置、零點及量程校準功能、壓縮空氣過濾減壓功能、排水排氣功能等。CEMS系統不僅具備對測量數據的采集和記錄功能，還具備計算功能，例如煙氣污染物排放量、污染物折算值等。CEMS系統通過數采儀等方式將測量數據實時上傳至環保監管部門，包括分鐘數值及小時均值等。CEMS系統具備故障報警功能，提醒運維人員及時處理故障，提高系統運行的可靠性[1-2]。

1 煙氣排放連續監測系統應用現狀

燃煤電站超低排放改造后使用的煙氣污染物監測儀表的主要品牌有北京雪迪龍、北京西克、上海華川、上海何如、賽默飛、重慶川儀、杭州聚光等。各種品牌CEMS設備測量儀表核心分析儀和主要部件為進口，其他輔助系統及配件為國內配套。進口的核心分析儀主要為：德國西門子、德國西克、美國API、美國賽默飛世爾、日本HORIBA等[3]。

從分析儀功能區分，氣態污染物測量模塊分為單組分和多組分兩種。單組分分析儀是指每種氣態污染物采用不同設備分別測量，例如美國賽默飛采用42i分析儀測量NOx，采用43i分析儀測量SO2。多組分分析儀可以同時測量多種氣態污染物及其他煙氣成分，例如德國西門子ULTRAMAT 23（以下簡稱U23）儀表，可以同時測量SO2、NOX、CO、O2等。多組分分析儀采用非分散紅外吸收法（NDIR），單組分分析儀采用紫外熒光測量SO2，采用化學發光法測量NOx[4-5]。

2 不同原理煙氣排放連續監測系統對比分析

某國產1000MW超低排放機組采用兩套不同原理CEMS分析儀測量同一煙囪的污染物濃度，通過對兩套設備測量數據和運行情況的分析，找到測量誤差的來源，提高測量準確性。一套分析儀表為北京雪迪龍公司的SCS-900系統，CEMS小間設計在煙囪66米平臺，取樣位于煙囪100米。另外一套分析儀表采用美國賽默飛Model 200系統，CEMS小間設計在煙囪100米平臺，取樣點位于CEMS小間上方。

2.1 氣態污染物取樣方式對比分析

SCS-900型CEMS系統氣態污染物取樣方法為直接冷干抽取法，探頭結構簡單，煙氣在進入分析儀之前先進行冷凝和除濕，測量的氣態污染物為干基濃度下的數值。在設備日常使用中，為了避免樣氣結露導致SO2測量數值跳變，系統對整個樣氣管路的伴熱要求較高，包括取樣探頭、取樣管路以及分析儀機柜內管路。煙氣SO2濃度較低時，當出現部分管路伴熱故障的情況，容易導致SO2頻繁變零。取樣方式為負壓取樣，這要求取樣管理無泄漏，否則會導致測量精度降低。

Model 200型CEMS系統氣態污染物取樣方法為稀釋抽取法，將除塵后的樣氣按照設計比例進行稀釋，降低了污染物的濃度。經過預處理設備后到達分析儀，從而降低了樣氣露點，無需進行冷凝和除濕，避免了長距離輸送產生測量偏差。測量的關鍵技術是控制稀釋比，取樣為正壓取樣，樣氣泄漏對測量結果影響小。測量誤差來源主要包括煙氣溫度、壓力、濕度等，系統對稀釋用的壓縮空氣品質要求較高。

2.2 氣態污染物分析儀測量技術對比分析

SCS-900型CEMS系統氣態污染物分析儀采用德國西門子公司的U23儀表，測量的原理為非分散紅外吸收法。U23分析儀可以測量多種組分，SO2和NO檢出下限相對較高，最小可設置量程相對較大。在設備日常使用過程中，分析儀抗干擾能力一般，受樣氣中水分影響較大。當機組氣態污染物排放量濃度較低時，測量容易出現誤差。為避免U23分析儀零點漂移，需進行自動零點校準。U23分析儀測量結果受溫度影響會出現測量誤差，保持CEMS小間溫度在相對溫度的范圍內可減少測量誤差。

Model 200型CEMS系統采用兩種儀表對兩種氣態污染物分別測量，采用42i分析儀測量NOx，采用43i分析儀測量SO2。42i和43i測量的靈敏度相對較高，檢出下限相對較低，抗干擾能力好，不易受到樣氣中其他成分（如水分、粉塵、CO2等）的影響。當機組氣態污染物排放量濃度較低時，測量誤差相對較小。

兩種原理NOx測量數據曲線如圖1所示，同時參考第三方機構數據比對結果，可以對比分析出，化學發光法測量準確性更高，數據波動較小，不易受背景氣影響。

圖1 兩種原理NOx測量曲線

2.3 含氧量測量

SCS-900型CEMS系統U23分析儀內包括氧電池，采用電化學法測量氧量。這種方法成本較低，維修更換簡單，但測量誤差相對較大，壽命較短。設備運行過程中需定期更換氧電池，避免因氧電池損壞導致環保數據異常。

Model 200型CEMS系統采用TXO-1000型氧化鋯測量氧量。氧化鋯探頭插入在煙道內，傳感器電極涂制了專門針對煙氣的防護涂層，可以降低煙氣中其他成分氣體對傳感器的腐蝕，直接接觸地測量煙氣中的氧量。測量精度為1%FS，量程偏移和零點漂移每月小于0.5%，精度相對較高。

兩種原理O2測量數據曲線如圖2所示，同時參考第三方機構數據比對結果，可以對比分析出，氧化鋯測量準確性更高，數據更加穩定。

圖2 兩種原理O2測量曲線

2.4 溫度、壓力、流速和濕度測量

SCS-900型和Model 200型CEMS系統溫度、壓力、流速均采用一體化設計，測量原理相同。Model 200型采用安榮信生產的ATP2000，功能比較豐富，可以進行溫度、壓力補償計算。兩種設備測量準確度高，適合于超低排放機組。

SCS-900型CEMS系統采用Model 2061型濕度儀，測量原理為阻容式，在煙氣濕度大于5%時，相對誤差不超過±20%。Model 200型CEMS系統采用維薩拉(芬蘭)生產的DMT143濕度儀，測量原理同樣為阻容法，準確度為3%。兩種濕度儀均能較好地避免高溫煙氣中粉塵、酸性物質對測量精度的影響，適合于超低排放機組濕度測量。

3 結語

通過對同一煙囪污染物排放口的兩種不同原理CEMS系統對比分析，兩種CEMS系統均能滿足1000MW超低排放機組對測量精度的要求。為進一步提高低濃度污染物測量準確性，SO2測量宜采用紫外熒光法，NOx測量宜采用化學發光法，O2測量宜采用氧化鋯，取樣宜采用稀釋抽取法。同時應綜合考慮設備成本，選擇合適的CEMS設備。