燃煤電廠煙氣超低排放CEMS 選型與設計分析

蔡小榮

摘? 要：CEMS設備在排放監測中發揮著重要作用，可以為燃煤電廠煙氣排放監測提供支持。在環保制度越來越完善的過程中，燃煤電廠煙氣排放標準越來越嚴格，對CEMS設備的可靠性以及精準性提出了更高的要求。為了解決煙氣排放監測問題，應加大對CEMS設備的研究力度。從實際情況來看，設計人員需綜合分析CEMS設備的特點、測量技術以及應用范圍，優化系統設計。

關鍵詞：燃煤電廠;煙氣排放;CEMS選型

前言：

在生態環境質量不斷下降的過程中，我國越來越注重節能減排、綠色環保工作的開展。燃煤發電是國家重點關注的行業，所以燃煤電廠需要積極響應國家號召，按照排放標準進行煙氣排放，并利用CEMS設備對煙氣排放進行監測。

1.CEMS設備的構成與類型

CEMS設備即煙氣自動監控系統，指的是對大氣污染源排放的顆粒物與氣態污染物濃度與排放量進行實時監測的設備。CEMS設備是由諸多子系統共同構成的，例如煙氣參數測量系統、氣態污染物監測系統、顆粒物監測系統、數據采集系統、數據傳輸系統、數據處理系統、電源系統以及氣源系統等。其中，煙氣參數測量系統可以對煙氣的溫濕度、含氧量以及壓力等各方面情況進行全面監測;氣態污染物監測系統可以監測煙氣中二氧化硫等污染物的濃度;顆粒物監測系統可以監測煙氣的粉塵濃度;數據采集系統、傳輸系統與處理系統可以全面采集監測數據，并對數據進行傳輸與處理，從而計算出煙氣當中污染物的情況;電源系統與氣源系統可以為CEMS設備提供電力以及壓縮空氣[1]。

常用的技術有原位測量技術與抽取采樣技術，其中原位測量技術包括線測量技術與點測量技術等類型，抽取采樣技術又包括直接取樣技術與稀釋取樣技術等類型，所以常用的CEMS設備包括現場煙氣CEMS設備、直接抽取式煙氣CEMS設備、稀釋抽取式煙氣CEMS設備等類型。原位測量技術不會對煙氣的組分產生影響，且不需要進行采樣和分析，但是在應用該技術時需要先在煙氣當中放置測量器件。而測量器件屬于精密儀器，會受到高溫、腐蝕等因素的影響，所以測量穩定性相對較低，儀器維護費用也比較高。抽取采樣技術較為成熟，可以利用取樣探頭獲取煙氣試樣、對煙氣試樣進行預處理、對煙氣試樣進行儀器分析。

2.CEMS設備的選型

2.1顆粒物監測設備的選型

技術人員可以通過煙氣的濁度檢測結果分析煙塵濃度。在檢測煙氣的濁度時，可以利用光源檢測達到檢測目的，即檢測光源的散射光強度或輻射光衰減量。因此，可以將常用的煙塵檢測方法分為光散射法與光透射法等類型。應用光散射法的儀器屬于原位式散射式煙塵儀，主要包括后散射式煙塵儀、前散射式煙塵儀等類型，其靈敏性相對較強，但是測量范圍較小。應用光透射法的儀器屬于原位式透射式煙塵儀，包括單光程煙塵儀與雙光程煙塵儀這兩種類型。單光程儀器的光源發射端與光源接收端在煙囪或煙道的兩端，而雙光程煙塵儀中含有光源發射裝置與光源反射裝置，測量精度較高、測量范圍也比較大。

從實際情況來看，這些煙塵儀的整體結構都不復雜，測量范圍也比較大，但是很容易受到水霧等外界因素的影響，可能會出現測量誤差。而在煙塵儀中設置自動吹掃裝置可以增強煙塵儀的穩定性、控制測量誤差，因此可以在煙塵儀中安裝自動吹掃裝置。其次，如果需要測量煙氣中的超低濃度煙塵含量就需要應用抽取式測量技術與抽取式煙塵儀。常用的抽取式煙塵儀有伴熱抽取式煙塵儀、稀釋抽取式煙塵儀等類型，伴熱抽取式煙塵儀可以從煙道當中抽取煙氣，將煙氣輸送至高溫汽化腔室當中，從而蒸干煙氣當中的水分，稀釋抽取式煙塵儀可以將煙氣與加熱的空氣混合均勻，從中抽取試樣，并對試樣進行加熱處理，從而測量干煙氣中的超低濃度煙塵含量[2]。

2.2氣態污染物監測設備的選型

在監測煙氣當中的氣態污染物含量時需要進行煙氣預處理、煙氣組分分析，就需要科學選擇處理設備與分析設備。第一，煙氣預處理設備的選擇。煙氣預處理設備有直接抽取CEMS設備與稀釋抽取CEMS設備。直接抽取CEMS設備的煙氣預處理方法包括熱濕法與冷干法，熱濕法比較適用于測量煙氣當中容易溶于水的成分的濃度，若采用熱濕法就需要確保氣體通道中的被測煙氣都處于煙氣露點之上，避免出現水蒸氣冷凝等情況;冷干法屬于干基測量，需要對煙氣進行過濾處理、除濕處理，在干燥的狀態下對煙氣進行分析[3]。稀釋抽取CEMS設備可以通過稀釋試樣等手段降低試樣的露點，降低試樣出現冷凝等問題的幾率，屬于濕基測量。相比于直接抽取CEMS設備，稀釋抽取CEMS設備所抽取的煙氣流量較小，可以減少探頭過濾器堵塞等問題的發生。但是在應用稀釋抽取CEMS設備時需要利用二氧化碳分析儀修正煙氣污染物的濃度。因此，應用稀釋抽取CEMS設備的難度較大。第二，煙氣組分分析儀的選型。煙氣組分分析儀是由測量氣室、輻射光源與測量電路共同構成的，包括紅外分析儀、紫外分析儀等類型。在測量過程中紅外線或紫外線會通過被測煙氣，之后就可以測量被測煙氣的紅外線輻射強度或紫外線輻射強度。紅外分析儀對被測煙氣的清潔性與干燥性有較高的要求，但是對煙氣的組分變化沒有較高的要求。紫外分析儀對被測煙氣的水分含量沒有較高的要求。在應用直接抽取技術時可以應用非分散紅外氣體分析儀，例如燃煤電廠可以將冷干直接抽取技術與非分散紅外分析儀結合起來。

2.3煙氣參數測量設備的選型

煙氣參數測量結果也會影響到CEMS監測數據的準確性，其中煙氣濕度在線測量主要有干濕氧法和阻容法;煙氣溫度測量設備有鎧裝熱電偶測量裝置、鎧裝熱電阻測量裝置等;煙氣壓力測量設備有智能壓力變送器等;煙氣含氧量測量裝置有電化學式氧分析儀、氧化鋯分析儀等;煙氣流量測量設備有超聲波流量計、壓差式流量計等。一般情況下，在抽取式CEMS設備中會應用直插式氧化鋯分析儀。技術人員需要根據燃煤電廠的實際情況選擇各種煙氣參數測量設備。

3.CEMS設備的設計

燃煤電廠在排放煙氣時會先將煙氣輸送至凈化設施當中，對煙氣進行凈化處理，之后再將煙氣輸送至煙囪中。煙囪入口處的煙氣具有濕度高、溫度低、污染物含量低等特點，但腐蝕性相對較強。所以，在設計CEMS設備時需要做好工藝選擇與安裝設計工作。

3.1科學選擇工藝

CEMS設備屬于環保監測設備，所以必須具有國家環保部門提供的環保認證書以及質監部門發的計量許可證。同時，CEMS設備的安裝、維護都需要獲取環保部門的認可。在進行CEMS設備設計時，設計人員需研究HJ/T 76-2017以及HJ/T 75-2017等標準，按照標準要求選擇設計方式[4]。其次，設計人員需要根據燃煤電廠的煙氣特點選擇CEMS設備的取樣方法、測量方法。例如，若燃煤電廠排放的煙氣中存在水滴，就需要選擇原位測量技術，并完善煙道中的防腐設施，加大對測量儀表的保護力度。此外，在進行PLC以及分析儀等設備設計時，設計人員需科學選擇供電方式，避免間斷供電造成數據丟失。

3.2做好安裝設計工作

安裝設計是CEMS設備設計的關鍵內容，設計人員需根據燃煤電廠的煙道布置情況、CEMS設備的小間位置等各方面情況進行安裝設計。其次，在設計過程中，設計人員需要注意一些細節。第一，應控制CEMS機柜與取樣點之間的距離，避免距離過遠，否則會影響取樣質量。第二，不能在存在明顯振動情況的位置安裝設備，否則會對煙道當中的探頭造成影響。第三，需要優化取樣探頭與分析機柜之間的管路設計，使管路向下傾斜，否則可能會出現冷凝液凝聚等情況。第四，不能在煙氣流速過低的位置安裝測點開孔位置，應當在煙道負壓區、垂直管段等區域設置測點開孔位置。第五，需要在監測斷面的下游預留采樣孔位置。第六，需要在有空調的區域中安裝CEMS分析儀器，從而為分析儀器的運行創造良好的環境。第七，需要完善設備的防雷措施與接地措施，增強設備運行的安全性。第八，應優化電子設備的防護等級設計。

結語：

CEMS設備的準確性與可靠性會影響到煙氣排放質量，為此技術人員需要綜合分析CEMS設備的顆粒物監測系統、氣態污染物監測系統、煙氣參數測量系統等子系統，為設備選型奠定基礎。同時，在進行設備設計時需要科學選擇工藝并做好安裝設計工作，增強設備測量的準確性。

參考文獻：

[1]張林寶.燃煤電廠煙氣超低排放脫硫系統優化控制分析[J].中國設備工程，2019（15）：86-87.

[2]齊文正.袋式除塵器在燃煤電廠煙氣“超低排放”應用的作用探討[J].科技風，2019（04）：170.

[3]焦峰.超低排放燃煤電廠煙氣重金屬污染物排放特征淺析[J].低碳世界，2019，9（01）：11-13.

[4]李小龍，李軍狀，段玖祥，滕農.超低排放燃煤電廠煙氣中氨測試方法探討與建立[J].環境工程，2018，36（10）：170-174.