淺談煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其在電廠的應(yīng)用

劉斌 劉海旺

（內(nèi)蒙古北方蒙西發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 烏海市016014）

火力發(fā)電廠一直是大氣污染中的重要污染源之一，火電廠是空氣中二氧化硫的主要排放源，早在20世紀(jì)70年代，一些發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始對(duì)煙氣排放的二氧化硫、氮氧化物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。我國(guó)在這方面還比較落后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)形成的也較晚，現(xiàn)在由于大氣污染嚴(yán)重，人們已經(jīng)開(kāi)始對(duì)環(huán)境加以關(guān)注，各火電廠的煙氣排放都具有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，煙塵分析成為排放的一個(gè)主要指標(biāo)。煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱CEMS)是為煙氣排放污染物連續(xù)監(jiān)測(cè)而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由SO2/O2/NOX分析儀、煙塵儀、流量計(jì)、壓力變送器、濕度/濕度計(jì)及數(shù)據(jù)處理單元(DAS)組成。

1.1 氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有3種設(shè)計(jì)方法：直接抽取法、稀釋取樣法和現(xiàn)場(chǎng)安裝型。

1.1.1 直接測(cè)量取樣法

直接測(cè)量取樣法操作簡(jiǎn)單，方便，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，主要是采用差分吸收法進(jìn)行測(cè)量，即把部件安裝在煙道中，將一束光直接照射在煙道氣體中，利用分子的吸收光譜測(cè)量若干波長(zhǎng)上的吸收系數(shù)，根據(jù)這些波長(zhǎng)上分子吸收系數(shù)的差來(lái)確定吸收分子的含量，具有較強(qiáng)的抗干擾性。但由于這種方法主要是在煙道中進(jìn)行，所以儀器在如此惡劣的環(huán)境下壽命就很難維持長(zhǎng)久，維修起來(lái)也有諸多的不便，同時(shí)差分吸收無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線校準(zhǔn)，測(cè)量精度低，難以長(zhǎng)期連續(xù)工作。

1.1.2 稀釋取樣法

稀釋法通過(guò)采用臨界孔技術(shù)保證稀釋比。所謂臨界孔是指當(dāng)臨界孔兩端的壓力比達(dá)到0.53以上時(shí)，流體經(jīng)過(guò)臨界孔的流速被限制在聲速，因此流體流過(guò) 臨界孔的流量是恒定值，很容易保證稀釋氣的壓力恒定，即稀釋氣的流速亦是一個(gè)恒定值，所以樣氣的稀釋比是一個(gè)恒定值。

1.1.3 直接抽取法(加熱管線法)

直接抽取法是通過(guò)加熱管對(duì)抽取的已除塵的煙氣進(jìn)行保溫，保持煙氣不結(jié)露，經(jīng)細(xì)除塵干燥裝置冷凝除濕預(yù)處理裝置后再送至分析儀。直接抽取法由于存在脫水過(guò)程，對(duì)煙氣中濃度較低且易溶于水的HCl、NH3、H3S等成分無(wú)法測(cè)量，因此不能用于垃圾焚燒發(fā)電廠的煙氣監(jiān)測(cè)中。若將高溫高濕的煙氣送入儀器中進(jìn)行分析，則對(duì)分析儀的要求很高，整套系統(tǒng)價(jià)格昂貴，多應(yīng)用于多成分、低濃度、易溶于水的氣態(tài)污染物測(cè)量。

1.2 煙塵測(cè)定儀

在線煙塵監(jiān)測(cè)儀最多采用的是光學(xué)方法，其原理分濁度法測(cè)量和激光散射法測(cè)量?jī)煞N。濁度法因其技術(shù)成熟性和經(jīng)濟(jì)性是目前國(guó)內(nèi)使用較普遍的一種進(jìn)行在線煙塵監(jiān)測(cè)的方法，濁度法(透射法，對(duì)穿法)是指光通過(guò)含有煙塵的煙氣時(shí)，光強(qiáng)因煙塵的吸收和散射作用而減弱，通過(guò)測(cè)定光束通過(guò)煙氣前后的光強(qiáng)比值來(lái)定量煙塵濃度。相對(duì)于濁度法的優(yōu)點(diǎn)來(lái)講，其在安裝時(shí)需要雙端同時(shí)進(jìn)行，且維修時(shí)有許多的不便，在兩端還需要潔凈的空氣來(lái)進(jìn)行保護(hù)，因此濁度法的這些缺點(diǎn)也是在使用中必須考慮的因素。

1.3 氣體流速儀

氣體流速測(cè)量有3種方法：熱差法、壓差法和超聲波方法。

1.3.1 熱差法是指煙氣通過(guò)熱傳感器時(shí)，帶走的熱量與煙氣流速和熱傳感器的電阻阻值變化成比例，通過(guò)測(cè)量熱傳感器的電阻阻值變化可求得煙氣流速，熱傳感法適宜于便攜式測(cè)量。

1.3.2 壓差法利用壓差傳感器、皮托管等測(cè)出煙氣的動(dòng)壓和靜壓，動(dòng)壓和靜壓與被測(cè)煙氣流速成一定的比例關(guān)系，從而可定量煙氣流速。皮托管差壓法為常用方法，但皮托管差壓法使用在測(cè)量帶有大量石膏漿液顆粒的煙氣時(shí)容易發(fā)生取樣管堵塞，需加強(qiáng)反吹和疏通。

1.3.3 超聲波法通過(guò)超聲波順著煙氣流向和逆著煙氣流向通過(guò)已知距離的兩個(gè)點(diǎn)時(shí)，其傳輸時(shí)間不同，連續(xù)測(cè)定傳輸時(shí)間差可實(shí)現(xiàn)煙氣流速的連續(xù)監(jiān)測(cè)。采用超聲波方法進(jìn)行氣體流速測(cè)量效果最好。FLOWSIC100UHA SSTi超聲波型流量計(jì)，測(cè)量過(guò)程為非接觸式，具有較高的測(cè)量精度，并可以進(jìn)行煙氣的溫度測(cè)量。兩套超聲波的發(fā)射器/接收器成直線安裝在煙道中，與煙氣流向成一定的夾角a，聲波的傳輸時(shí)間隨氣體的流向變化：在與氣流方向相同的方向上，傳播時(shí)間Tv被縮短；在與氣流方向相反方向上，傳播時(shí)間Tr被延長(zhǎng)。聲波的傳輸時(shí)間隨氣體的流向變化；氣體流速計(jì)算公式為：

設(shè)煙道橫截面積為A，煙氣體積流量為：

Q=3600×Vm×A

其中：Vm--測(cè)定煙道斷面的煙氣平均流速；

L--超聲波在煙道中的傳播路徑；

a--煙道中心線與超聲波的傳播路徑的夾角；

Tv--聲波順氣流方向在煙道中的傳播時(shí)間；

Tr--聲波逆氣流方向在煙道中的傳播時(shí)間。

FLOWSIC100UHA SSTi超聲波型流量計(jì)是通過(guò)測(cè)量超聲波在煙氣中順流和逆流行進(jìn)的時(shí)間差來(lái) 計(jì)算煙氣流速，與環(huán)境溫度、壓力及氣體的具體成分沒(méi)有關(guān)系，測(cè)量精度高。而且，測(cè)量所得的是煙道橫截面的平均流速，代表性很強(qiáng)。超聲波發(fā)送器用鈦制造，探頭用SS316制造，耐腐蝕性很好。系統(tǒng)不需要進(jìn)行反吹，操作簡(jiǎn)單。

1.4 濕度測(cè)量

濕度測(cè)量采用的是一種高溫應(yīng)用的濕度傳感器HMP235，該系列濕度連續(xù)監(jiān)測(cè)儀采用電容型傳感器，濕度變化引起電容解質(zhì)介電常數(shù)的變化，因而使電容量發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電容就可以測(cè)量濕度。芬蘭VAISALA公司生產(chǎn)的HMP235A型高溫電容法濕度計(jì)，有溫度校準(zhǔn)，精度高 ，但考慮到電廠的工況穩(wěn)定，煙氣含水量變化不大，采用短時(shí)測(cè)量取平均值輸入做濕度校準(zhǔn)計(jì)算。這樣可以防止?jié)穸扔?jì)的意外損壞，延長(zhǎng)儀器使用壽命。

1.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

系統(tǒng)采用SMC-900型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該采集系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集/控制儀為基礎(chǔ)建立的，它是以工控機(jī)為主體設(shè)計(jì)的，具有強(qiáng)大的硬件和軟件功能。軟件主要功能有：使用含氧量計(jì)算折算濃度、使用濕度計(jì)算干氣濃度、使用溫度，壓力計(jì)算標(biāo)態(tài)濃度、計(jì)算總排放量、形成實(shí)時(shí)報(bào)表、自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表，月報(bào)表，年報(bào)表、記錄故障事件、故障報(bào)警、聲，光、缺失數(shù)據(jù)的處理、記錄校準(zhǔn)報(bào)告、通過(guò)數(shù)據(jù)通訊終端向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)和報(bào)表，數(shù)據(jù)處理和表格形式符合HJ/T76-2001的規(guī)定。對(duì)氣體分析系統(tǒng)的反吹，校準(zhǔn)進(jìn)行控制。對(duì)探頭堵塞，加熱輸氣管 溫度，氣體濕度進(jìn)行連鎖控制。顯示CEMS的流程圖，幫助運(yùn)行維護(hù)人員了解系統(tǒng)運(yùn)行情形 。形成趨勢(shì)圖，棒圖、實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信等。

結(jié)語(yǔ)

CEMS煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在火力發(fā)電廠中得到廣泛應(yīng)用，在線監(jiān)測(cè)電力生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生污染氣體的固定排放源以及煙氣脫硫、脫硝系統(tǒng)的控制和監(jiān)測(cè)，有利于運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整監(jiān)控脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，加強(qiáng)達(dá)標(biāo)排放管理，為環(huán)保部門(mén)的監(jiān)督提供了科學(xué)先進(jìn)的檢測(cè)手段，這對(duì)于排放點(diǎn)的有效監(jiān)測(cè)與管理有著積極而重要的意義。

［1］HJ/T 75-2001.火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］HJ/T 76-2001.固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法［S］.