火電廠冷干法CEMS質控影響因素分析

滄州華潤熱電有限公司 吳世猛 袁繼鵬 孫 旭

隨之環保排放標準的不斷降低，在發電廠中，環保達標排放不僅是企業應盡的義務，同時碧水藍天也對火電企業達標排放提出了更高的要求。近年來，由于一些因素影響，非現場監管執法越發重要，環保督查力度也在逐年加大。

1 發電廠冷干法CEMS 質控的要求及現狀

冷干法CEMS 指的是煙氣樣品進入分析儀器前需要對煙氣進行冷卻脫水，分析儀器測量的煙氣樣品是經過除濕的干煙氣，干的煙氣有利于分析儀器的測量，同時減少煙氣對測量儀表的污染及腐蝕，測量結果也是干煙氣中的煙氣污染物含量。質控是伴隨著全系統校準和非現場環保執法而來的一種遠程控制儀器，對現場CEMS 系統進行全系統通標的一種比對方法，目的在于對CEMS 煙氣經過的整個系統進行通標，從而直觀地反映系統各個環節都處于正常的工作狀態。

在HJ 75-2017《 固 定 污 染 源 煙 氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續監測技術規范》中第11.2條規定：“抽取式氣態污染物CEMS 每三個月至少進行一次全系統校準，要求零氣和標準氣體從監測站房發出，經采樣探頭末端與樣品氣體通過的路徑（應包括采樣管路、過濾器、洗滌器、調節器、分析儀表等）一致，進行零點和量程漂移、示值誤差和系統響應時間的檢測”[1]。河北省出臺了全流程校準的地方標準DB13/T 2716.3《污染源遠程執法抽查系統技術規范》，規范中明確規定采取遠程執法抽查的方式進行遠程質控，結果作為環境執法人員執法依據。綜合來說，遠程質控不定期性、隨機性、遠程性給CEMS 系統穩定運行提出了更高的要求[2]。

2 冷干法CEMS 質控偏差產生原因分析及解決對策

如圖1所示，冷干法CEMS 煙氣流程中，煙氣需經過取樣探桿、取樣探頭、伴熱的雙路取樣管（Φ8管路）、兩級冷卻器、過濾器、取樣泵、流量計最終進入氣體分析儀進行測量后排出，冷凝水經雙級蠕動泵自動連續排出。遠程質控時由遠程環保監測中心隨機控制信號開啟閥門，如圖2所示標準氣體經取樣管線中的Φ6管到達取樣探頭，然后經過全流程到達分析儀表，最終完成煙氣的全流程的質控工作，測量結果將直接返回到遠程的環保監測中心。結合全流程及質控圖示流程，分析并概況質控偏差產生的原因主要有以下兩部分。一是工藝和治理原因：由于大部分發電力企業采用濕法脫硫，高濕煙氣濕度大致在10%～20%，高濕煙氣易發生冷凝現象，冷凝水會導致大概率會有3～5ppm SO2的溶解損失；氨逃逸也是導致質控產生偏差的又一因素，隨著排放標準的不斷減低，“超低排放”“近零排放”等標準的不斷出現，為了降低脫硫排放口的煙氣中的NOx，勢必會增大脫硝系統氨的噴入量。

圖2 冷干法質控聯接圖

大量的噴氨不僅加劇了空預器系統的堵塞，同時與過量的氨逃逸同煙氣中SO2發生反應，生成氨鹽結晶，銨鹽結晶顆粒較小且有很強的SO2吸附性，實際現場多次發生由于氨鹽結晶導致的管路堵塞，也多次發生由于氨鹽結晶導致的參數異常。

圖3為停運冷干法CEMS 取樣伴熱管線殘余氨測量。實際測量在發現取樣管路內壁有殘留白色氨鹽結晶如圖4所示，隨著加熱溫度的不同，氨氣測量儀顯示1.4～19ppm 的氨氣殘留如圖5所示。經過高溫水沖洗（或低濃度酸洗溶液沖洗）后氨氣測量儀顯示無氨氣殘留。表1則為使用氨逃逸檢測儀器對取樣管線清洗前，抽取空氣所測量結果數據，測量過程中取樣管線加熱溫度從145℃降至130℃。表2則為運維人員吹掃清洗管路后再次使用氨逃逸檢測儀器所測氨逃逸結果數據。試驗充分證明了取樣管線中存在有氨鹽結晶，且隨溫度的變化會有不同的析出現象，清洗管路后氨逃逸監測數據基本消失。

表1 吹掃清洗管線前測量氨逃逸數據

表2 吹掃清洗管線后測量氨逃逸數據

圖3 （微量氨逃逸檢測）

圖4 （取樣管線中白色結晶）

圖5 （氨氣檢測結果）

CEMS 設備原因。一是取樣探桿，高濕煙氣在取樣探桿內發生冷凝，冷凝水會吸附部分SO2；二是采樣探頭，濾芯長時間運行易發生粉塵、結晶等吸附導致堵塞，透過性變差，同時吸附物會吸收部分SO2；三是伴熱管線，伴熱管線溫度設置過低、伴熱管線在敷設過程中存在U 型彎或伴熱管線伴熱帶加熱不均勻、伴熱管線和取樣探頭連接部分保溫不好，管線機柜終端處的不加熱部分，都易形成冷凝水，產生吸附。實際現場測量中發現伴熱管線中不僅會有冷凝水，還有氨鹽結晶吸附在伴熱管線內壁上和連接接頭處，氨鹽吸附煙氣成分導致測量出現偏差。四是冷凝器，冷凝器內冷腔排水不暢，或者冷腔內水、SO2、氨逃逸形成銨鹽，進一步吸附。五是分析儀，分析儀表的精度差、量程設置不合適，或采樣流量設置不當導致樣氣置換不徹底，導致測量偏低。

防止冷干法CEMS 質控偏差的措施主要有以下幾個方面：一是合理控制工藝參數，提高脫硝催化劑的活性并采用更加先進優化的脫硝控制方案，在保障出口NOX 不超標的，盡量減少氨逃逸的產生，例如可采用多分區脫硝噴氨控制策略，或者精準噴氨，全截面噴氨等保證煙氣充分均勻混合后與氨發生反應，提高脫硝效率。

二是合理調整脫硫吸收塔控制參數，定期檢查脫硫除霧器、漿液循環泵等工藝設施，保證除霧器、漿液循環泵等的運行正常，降低顆粒物等對煙氣CEMS 的影響。

三是采用加熱的取樣探桿，合理設置加熱溫度，防止冷凝水在取樣探桿處的凝結。

四是采用過濾性更好的探頭濾芯，同時制定合理的更換周期，調整探頭反吹周期，保證反吹氣體干燥等都可降低探頭濾芯對質控結果的影響。

五是采用質量合格的取樣管線，保證加熱的均勻性，合理規劃取樣管路的敷設，避免U 型彎的出現，在探頭箱內、機柜處增加伴熱等保證取樣管線全程不發生冷凝，定期對伴熱管線進行清洗，也可使用低濃度酸洗溶液進行沖洗，使的管壁附著的氨鹽等更容易被洗掉或溶解。

六是保證制冷器的排水效率，定期對冷腔進行清洗，減少析出物等對煙氣測量的吸附影響。

七是目前大部分主流技術為分析儀前或取樣管路前增加Nafion 管等除濕手段，降低煙氣濕度，以減少煙氣冷凝的發生，質量可靠高效的Nafion 干燥器不僅能提供干燥的煙氣，而且能避免煙氣成分的損失，目前部分生產廠商采用循環煙氣對Nafion 干燥器進行反吹，選用除油、除濕效果好的干燥壓縮空氣對Nafion 進行反吹不僅能提供Nafion 的除濕效果，更能延長Nafion 的使用壽命，同時能為分析儀表提供干燥的校準氣體，保證了分析儀表零點的準確性，為數據的可靠測量提供了堅實的基礎。如圖6、圖7所示，通過對零氣進行干燥處理，將零氣露點降至零下-10℃，儀表零點由此也會變得較為準確。

圖6 安裝前

圖7 安裝后

八是增加除氨裝置，包含在取樣管路前增加固體除氨器、磷酸滴定等方法來去除煙氣中氨逃逸對于測量產生的影響。目前，某公司多采用磷酸滴定的方法，如圖8所示，在取樣探頭箱處或冷凝器前端增加磷酸滴定裝置，該方法相對于固體除氨裝置，設備相對簡單，價格優勢明顯，對于煙氣中氨逃逸量比較大及排放限值比較高的企業選用較為合適，但磷酸滴定裝置如果控制不好易發生腐蝕濕度儀，造成濕度偏差較大、反吹發生磷酸反流、滴定接頭處生成氨鹽堵塞等情況。如圖9所示，高溫固體除氨器，價格相對較高，工藝較為復雜，對于排放限值較低，氨逃逸量比較小的工藝場合較為適用。

圖8 磷酸滴定控制箱

圖9 高溫固體除氨柱控制箱

九是選用適用于排放標準量程的分析儀器，并定期更換分析儀器內部的精密過濾器，對氣體分析儀器進行線性檢測，保證儀器的測量精度。同時，提高環保監測設施的運維水平，保證儀器設備定期校準、更換、保養等工作能夠準確可靠。

本文介紹了冷干法CEMS 的當前現狀及全流程質控存在的問題及原因，并提出解決質控偏差的措施，尤其是創新地分析取樣管線中結晶物對煙氣測量產生的影響。隨著環保工作的逐步深入，能夠針對性解決火電廠冷干法CEMS 質控產生偏差的問題，一方面要求加大火電企業脫硫cems 預處理設施上的投入，同時由于非現場執法的隨機性也對現場CEMS設備的運維提出更高的要求。另一方面，保障了環保設施的正常運行，避免環保處罰等情況的發生。