提高熱電鍋爐CEMS精確度的實(shí)踐

陳紅果

（攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司能源動(dòng)力分公司，四川攀枝花 617000）

前言

十八大以來(lái)國(guó)家出臺(tái)和修訂一系列生態(tài)環(huán)境保護(hù)方針政策、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，扎實(shí)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。而環(huán)境監(jiān)測(cè)則是生態(tài)文明建設(shè)大廈的根基，其中，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是國(guó)家制定生態(tài)環(huán)境方針、政策的重要參考，也是政府部門(mén)實(shí)施生態(tài)環(huán)境監(jiān)管的有效依據(jù)，更是企業(yè)落實(shí)主體責(zé)任的重要體現(xiàn)，是生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的生命線?！豆潭ㄎ廴驹礋煔猓⊿O2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ 75-2017）和固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》（HJ76-2017）的出臺(tái)進(jìn)一步規(guī)范了在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)要求，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提了“真”“準(zhǔn)”“全”的要求，即真實(shí)、精準(zhǔn)、全面，同時(shí)排污許可制的實(shí)施倒逼企業(yè)進(jìn)一步強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)工作，提升污染物治理水平、保障環(huán)保設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行、污染物達(dá)標(biāo)排放，自證合規(guī)。因此企業(yè)做好污染源自行監(jiān)測(cè)工作，保障自行監(jiān)測(cè)設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行、精確測(cè)量，在環(huán)保工作中顯得尤為重要。

1 運(yùn)行現(xiàn)狀

能源動(dòng)力分公司熱電站有4 臺(tái)煤粉、煤氣混燒鍋爐，鍋爐外排口屬環(huán)保重點(diǎn)監(jiān)控點(diǎn)位，要求外排污染物在線監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳國(guó)控環(huán)保監(jiān)管平臺(tái)。主要監(jiān)測(cè)因子包括二氧化硫、氮氧化物、煙塵、流量、溫度、壓力、氧含量等。見(jiàn)圖1。2018 年3 月1日起執(zhí)行，新規(guī)范對(duì)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的要求更高，導(dǎo)致原監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析儀量程不匹配問(wèn)題凸顯。為此，對(duì)影響CEMS 系統(tǒng)日常穩(wěn)定運(yùn)行的故障、問(wèn)題進(jìn)行分析研究，落實(shí)解決措施，并結(jié)合工藝及排放指標(biāo)按照新規(guī)對(duì)CEMS系統(tǒng)實(shí)施升級(jí)改造。

圖1 熱電站鍋爐CEMS系統(tǒng)示意圖

2 熱電站鍋爐CEMS系統(tǒng)運(yùn)行存在的主要問(wèn)題及對(duì)策

2.1 管路、設(shè)備異常

（1）長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行和管路老化，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一級(jí)過(guò)濾器和伴熱管彎折處易形成濕煙塵堆積堵塞，造成氣路不暢，致使二氧化硫、氮氧化物和氧含量測(cè)量值變化緩慢，出現(xiàn)二氧化硫、氮氧化物實(shí)測(cè)值失真和恒值數(shù)據(jù)異常。

式中：Y——實(shí)際煙氣狀況下顆粒物斷面濃度平均值，mg/m3；

YS——標(biāo)準(zhǔn)狀況干煙氣下顆粒物斷面濃度平均值，mg/m3；

t——測(cè)定斷面平均煙溫，℃；

Ba——測(cè)定期間的大氣壓，Pa；

Ps——測(cè)定斷面煙氣靜壓，Pa；

XSW——測(cè)定斷面煙氣含濕量，%。［1］

（2）顆粒物分析儀或煙氣分析儀鏡面污損，造成顆粒物、二氧化硫、氮氧化物實(shí)測(cè)值異常。

（3）顆粒物分析儀或煙氣分析儀出現(xiàn)零點(diǎn)或量程漂移，造成顆粒物、二氧化硫、氮氧化物實(shí)測(cè)值失真。

（4）氮氧化物轉(zhuǎn)換爐長(zhǎng)期在高溫介質(zhì)中運(yùn)行，管道內(nèi)易產(chǎn)生顆粒物堆積凝結(jié)，可能造成二氧化硫、氮氧化物實(shí)測(cè)值失真。

（5）煙氣濕度過(guò)大，管路中易形成冷凝液，影響取樣氣路通暢；同時(shí)冷凝液會(huì)造成煙氣中二氧化硫水溶，導(dǎo)致二氧化硫?qū)崪y(cè)值異常偏低。

2.2 氧含量異常導(dǎo)致顆粒物、二氧化硫、氮氧化物折算值異常超標(biāo)

判斷鍋爐外排污染物達(dá)標(biāo)與否為污染物折算值濃度（即基準(zhǔn)氧含量排放濃度），折算值濃度也是作為超標(biāo)排放執(zhí)法的依據(jù)，熱電站鍋爐基準(zhǔn)氧含量為6%，正常運(yùn)行中實(shí)測(cè)氧含量為4%～6%，［2］鍋爐外排污染物實(shí)測(cè)濃度與折算值濃度關(guān)系［3］如下。

式中：ρ——大氣污染物基準(zhǔn)氧含量排放濃度，mg/m3；

ρ′——實(shí)測(cè)的大氣污染物排放濃度，mg/m3；

φ′(Q2)——實(shí)測(cè)的氧含量，%；

φ(Q2)——基準(zhǔn)氧含量，%。

在外排污染物實(shí)測(cè)濃度為定量的情況下，實(shí)測(cè)氧含量監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性直接影響污染物折算濃度結(jié)果。CEMS 在運(yùn)行中氧含量監(jiān)測(cè)異常情況主要有以下幾點(diǎn)。

（1）外部因素造成氧含量監(jiān)測(cè)異常。氧含量監(jiān)測(cè)儀及管路安裝在煙道和監(jiān)測(cè)平臺(tái)，平臺(tái)、煙道鋼結(jié)構(gòu)連接加之送吸風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)傳播影響，導(dǎo)致檢測(cè)儀及管路接頭經(jīng)常出現(xiàn)松動(dòng)漏氣現(xiàn)象，空氣進(jìn)入取樣管路系統(tǒng)使監(jiān)測(cè)氧含量升高。

（2）冷凝器和濕度電極運(yùn)行異常觸發(fā)聯(lián)鎖保護(hù)，自動(dòng)停止抽氣泵運(yùn)行，造成分析儀至伴熱管、煙道間形成負(fù)壓狀態(tài)，空氣通過(guò)分析儀排氣口吸入氣室內(nèi)，造成氧含量升高。

（3）液位檢測(cè)開(kāi)關(guān)故障造成排液泵頻繁啟動(dòng)排液，由于沒(méi)有冷凝水排出，造成空氣通過(guò)排液管路進(jìn)入到測(cè)量管路，造成氧含量升高。

（4）氧量測(cè)量傳感器受潮或零點(diǎn)漂移，也會(huì)造成氧含量測(cè)量數(shù)據(jù)異常，從而影響顆粒物、二氧化硫、氮氧化物折算值異常。

2.3 外排指標(biāo)達(dá)標(biāo)管控

（1）鍋爐使用煤氣作為燃料，前端來(lái)源煤氣質(zhì)量狀況將直接影響外排煙氣指標(biāo)。為確保污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，CEMS 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同步上傳環(huán)保平臺(tái)的同時(shí)也接入鍋爐工藝控制室，工藝人員根據(jù)實(shí)時(shí)指標(biāo)狀況進(jìn)行工藝調(diào)節(jié)。原傳輸至控制室DCS 系統(tǒng)的外排污染物指標(biāo)為標(biāo)況值，不能真實(shí)反映鍋爐外排煙氣的指標(biāo)，影響工藝操作控制外排指標(biāo)達(dá)標(biāo)的精準(zhǔn)度，同時(shí)可能導(dǎo)致外排煙氣折算值超標(biāo)，存在環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

（2）CEMS 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)采儀上傳至國(guó)家環(huán)保平臺(tái)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求CEMS 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與環(huán)保平臺(tái)數(shù)據(jù)誤差不得大于1%，原CEMS 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)采儀采用模擬量信號(hào)，易受電磁干擾。

2.4 采取的對(duì)策措施

2.4.1 針對(duì)管路、設(shè)備異常

（1）定期反吹，注意檢查氣源壓力，定期檢查一級(jí)過(guò)濾芯，發(fā)現(xiàn)臟污及時(shí)清理或更換；

（2）定期檢查顆粒物和氣體分析儀反射鏡面，及時(shí)清擦污垢；

（3）定期做好顆粒物和氣體分析儀的零點(diǎn)校對(duì)及通標(biāo)氣校準(zhǔn)；

（4）利用每次停爐對(duì)氮氧化物轉(zhuǎn)換爐內(nèi)部管路進(jìn)行氮?dú)獯祾咔謇恚?/p>

（5）加強(qiáng)集水罐、管路和排水泵的檢查，保證冷凝水及時(shí)排出，氣路暢通。

2.4.2 針對(duì)氧含量異常

（1）加強(qiáng)運(yùn)維巡檢，定時(shí)檢查管路、接頭氣密性，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)及時(shí)緊固，老化及時(shí)更換；

（2）注意觀察冷凝器和濕度電極工作允許狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，避免聯(lián)鎖保護(hù)誤動(dòng)作，確保冷凝器正常運(yùn)行；

（3）定期檢查、調(diào)整液位接近開(kāi)關(guān)，保證正常排液；

（4）做好氧量測(cè)量傳感器的通風(fēng)散熱工作，避免受潮或零點(diǎn)漂移。

2.4.3 針對(duì)外排指標(biāo)達(dá)標(biāo)管控

（1）將原傳輸至控制室DCS 系統(tǒng)的外排污染物指標(biāo)由標(biāo)況值改為折算值，方便工藝人員根據(jù)指標(biāo)狀況實(shí)時(shí)調(diào)整燃燒工況。

（2）將工控機(jī)輸出到數(shù)采儀的信號(hào)由模擬量傳輸改為數(shù)字量傳輸，杜絕了信號(hào)干擾和衰減，增強(qiáng)抗干擾能力，提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸準(zhǔn)確率。

3 按照新規(guī)對(duì)CEMS系統(tǒng)實(shí)施升級(jí)改造

鑒于鍋爐平臺(tái)和站房監(jiān)測(cè)設(shè)備的測(cè)量、傳輸模塊均出現(xiàn)了不同程度老化及設(shè)備升級(jí)導(dǎo)致的不兼容問(wèn)題，結(jié)合鍋爐當(dāng)前排放指標(biāo)情況，按新規(guī)范要求對(duì)熱電站鍋爐CEMS 系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造和優(yōu)化配置，重點(diǎn)更換了氣體分析儀、煙塵儀、參數(shù)儀、伴熱管、冷凝器等主體部件，通過(guò)軟件的優(yōu)化、升級(jí)和部件的更換，保證了CEMS 每套系統(tǒng)的完整性、兼容性和穩(wěn)定性，提高了測(cè)量精度和準(zhǔn)確度。見(jiàn)表1所列。

表1 鍋爐固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)改造（部件更換）表

4 完善在線監(jiān)測(cè)設(shè)施量化管理

（1）按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行日常維護(hù)并做好巡檢。

（2）每間站房獨(dú)立供電并安裝UPS 不間斷電源，確保穩(wěn)壓不間斷供電。

（3）安裝溫/濕度儀，控制CEMS 監(jiān)測(cè)室的室內(nèi)溫度在20°C 左右，相對(duì)濕度在50%左右，確保冷凝器散熱效果，為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和CEMS 系統(tǒng)相關(guān)高精度電子元器件提供較好運(yùn)行環(huán)境，增強(qiáng)CEMS 系統(tǒng)使用壽命。

（4）按HJ75-2017 中的規(guī)定定期對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行核查，結(jié)果符合要求并好標(biāo)氣更換記錄。

（5）聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定度保證現(xiàn)場(chǎng)機(jī)在線率為90%以上。定期檢查聯(lián)網(wǎng)卡費(fèi)用余額，保證費(fèi)用充足。單臺(tái)數(shù)據(jù)采集傳輸儀每日掉線次數(shù)在3 次以?xún)?nèi)，報(bào)文傳輸穩(wěn)定性在99%以上；當(dāng)出現(xiàn)報(bào)文錯(cuò)誤或丟失時(shí)，啟動(dòng)糾錯(cuò)邏輯，重新發(fā)送報(bào)文。

（6）聯(lián)網(wǎng)污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的維修、更換，必須在24 h 內(nèi)恢復(fù)設(shè)施正常運(yùn)行；設(shè)施不能正常運(yùn)行期間，采取人工監(jiān)測(cè)的方式報(bào)送數(shù)據(jù)，煙氣人工監(jiān)測(cè)每天不少于4次、間隔不超過(guò)6 h。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)能源動(dòng)力分公司熱電站鍋爐CEMS 系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)管理措施及升級(jí)改造，CEMS 系統(tǒng)月度設(shè)備運(yùn)行率、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸率、有效率均大于99%，CEMS 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與上傳至DCS 中控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、環(huán)保監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)偏差小于1%，提高了環(huán)保監(jiān)測(cè)設(shè)施本質(zhì)化水平，具有顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。