超低排放改造中的CEMS分析及實(shí)現(xiàn)

摘 要：山西某燃煤電廠進(jìn)行超低排放改造后，各污染物排放濃度達(dá)到了燃?xì)廨啓C(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)。但在環(huán)保驗(yàn)收工作中分析儀表存在一些問題。文章針對超低改造煙氣污染物連續(xù)監(jiān)測分析儀存在問題的分析，并結(jié)合超低排放工藝過程，按照環(huán)保部門提的要求采取了相應(yīng)的解決方案，為燃煤電廠低濃度煙氣污染物準(zhǔn)確、穩(wěn)定連續(xù)監(jiān)測提供了技術(shù)參考，為其他電廠超低改造提供借鑒。

關(guān)鍵詞：超低排放；低濃度污染物；連續(xù)監(jiān)測

引言

2015年12月11日，環(huán)保部等三部委聯(lián)合發(fā)布的《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》中指出：到2020年，全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實(shí)現(xiàn)超低排放，加快現(xiàn)役機(jī)組超低排放改造步伐，將東部地區(qū)原計(jì)劃2020年前完成的超低排放改造任務(wù)提前至2017年前總體完成；將對東部地區(qū)的要求逐步擴(kuò)展至全國有條件地區(qū)，其中，中部地區(qū)力爭在2018年前基本完成，西部地區(qū)在2020年前完成。目前已經(jīng)有很多新電廠實(shí)現(xiàn)了超低排放改造，改造方案都經(jīng)過了嚴(yán)格的分析及考察，但是在改造中對污染物測量儀表未引起足夠重視，造成環(huán)保改造后驗(yàn)收后因分析儀表問題造成驗(yàn)收未能順利，超低電價享受推遲等經(jīng)濟(jì)問題。

1 超低改造前分析儀表分析及存在問題

1.1 CEMS系統(tǒng)的概念和組成

連續(xù)測定顆粒物或氣態(tài)污染物濃度和排放率所需要的全部設(shè)備。簡稱“CEMS”。按功能劃分，一般系由采樣、測試、數(shù)據(jù)采集和處理組成的監(jiān)測體系。CEMS的采樣方式有直接測量+紅外或紫外吸收法、直接抽取+非分散紅外吸收法、稀釋抽取+紫外熒光法。

1.2 測量方法主要有兩大類

直接測量法和抽取法。其中抽取法又分為稀釋采樣法和加熱管線法兩種。抽取法是將分析系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)分開，分析系統(tǒng)安裝在環(huán)境相對較好的CEMS小間內(nèi)，將采樣裝置安裝于現(xiàn)場，由采樣系統(tǒng)將煙氣從現(xiàn)場抽取至分析儀器進(jìn)行分析，大大減少了環(huán)境對分析系統(tǒng)的干擾。目前現(xiàn)場多采用這種方法。其中為解決高溫?zé)煔庠趥鬏斶^程中因?yàn)闇囟鹊南陆诞a(chǎn)生冷凝又有熱管法和稀釋采樣法。

2 分析儀表存在的問題

2.1 原來各污染物執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為GB13223-2011

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中SO2≤200mg/Nm3；NOx≤200mg/m3；煙塵≤30mg/m3，測量儀表滿量程的設(shè)置應(yīng)是最大測量濃度的1-3倍，即SO2和NOx量程為0-600mg/m3，誤差在2%；煙塵量程為0-90mg/m3。本電廠超低改造前CEMS中顆粒物監(jiān)測使用光濁度法，煙氣采樣為直接抽取法，二氧化硫、一氧化氮檢測采用非分散紅外法（NDIR），氧氣檢測采用電化學(xué)法，流速檢測采用超聲波法，溫度檢測采用鉑電阻法。

2.2 超低改造后執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為

煙塵、SO2、NOx排放限值分別為（10，35，50）mg/m3（低熱值煤）。因?yàn)楦脑旌笕狱c(diǎn)在濕法脫硫后的凈煙氣煙道上，煙氣中的液滴含量常常遠(yuǎn)高于煙塵含量，因此液滴也被當(dāng)作顆粒物被測量造成測量誤差。國內(nèi)大多數(shù)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)采用的是加熱抽取、冷凝除水的預(yù)處理方式，由于煙氣過濾、伴熱抽取、冷凝過程中或多或少都會丟失部分被測組份。對于超低排放來說，氣態(tài)污染物組份相對比較低，預(yù)處理過程中丟失部分被測組份對測量的影響就更大，特別是冷凝過程中SO2丟失率最大。由于非分散紅外光對SO2、NOx與水氣的吸收峰交叉重疊，水氣的存在對測量結(jié)果的影響就很難消除，對低濃度SO2和NOx監(jiān)測的影響將更加突出。同時環(huán)保部門要求在線監(jiān)控設(shè)備應(yīng)具備使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行量值傳遞功能。分析儀下線要求低于0.1mg/m3，SO2和NOx低濃度線性跨度不超過200mg/m3；顆粒物低濃度線性跨度不超過100mg/m3。雙量程自動切換雙檢測量量程自動切換功能。

3 改造方案

脫硫系統(tǒng)改造入口硫份按4000mg/Nm3，出口35mg/Nm3進(jìn)行改造，采用單塔雙循環(huán)工藝，在原有基礎(chǔ)上增加一層或兩層噴淋裝置，對托盤進(jìn)行改造，新加裝的漿液循環(huán)泵采用變頻，對吸收塔阻力進(jìn)行綜合考慮，選取最優(yōu)方案，使阻力降至最低，盡量避免增壓風(fēng)機(jī)及公用系統(tǒng)的改造，使工期及投資降到最低，廠用電率達(dá)到最低。

脫硝系統(tǒng)改造采用SNCR脫硝技術(shù)，以尿素作為脫硝還原劑，設(shè)置12支墻式噴射器（單臺爐），采用全截面覆蓋，從旋風(fēng)分離器入口噴入，脫硝效率不低于70%，改造完成后NOx排放濃度可降低至35mg/Nm3以下。

儀表設(shè)備，SO2和NOx采用西克麥麥哈克高精度的S710-UNOR分析儀（不分光式紅外吸收法/薄膜微音器檢測器），取樣探頭采用SMB-202，取樣管路采用SMB-203，該取樣系統(tǒng)采用全程伴熱，在分析儀入口前加冷凝器，去除煙氣中水分。在經(jīng)過除塵干燥后，樣氣進(jìn)入儀表，對SO2和NOx進(jìn)行分析其濃度，能保證在低量程范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度。

除塵設(shè)備，采用北分SBF800超低排放檢測粉塵儀，其采用德國DURAG技術(shù)，先將濕煙氣烘干成干煙氣后用光學(xué)散射原理進(jìn)行測量，采用的是稀釋抽取加熱的方式將濕煙氣轉(zhuǎn)變成干煙氣。SBF800D煙塵系統(tǒng)的光學(xué)傳感器為DURAGD-R800，為前散射原理測量煙塵濃度。D-R800激光二極管的集成在SBF800D煙塵系統(tǒng)的測量單元上，調(diào)制光穿透測量筒，塵埃粒子的光散射主要是分散，因此接收透鏡是定位在D-R800測量探桿上，散射光的強(qiáng)度與粉塵濃度成比例，因此灰塵越多，所產(chǎn)生的散射光越強(qiáng)。激光束打在塵埃上，產(chǎn)生散射光，散射光通過接收透鏡及其光纖傳遞到光敏二極管上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，光敏二極管產(chǎn)生電流信號，該電流信號由微處理器進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成粉塵測量信號。SBF800低濃度煙塵在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有樣氣采樣器、樣氣稀釋裝置、DR-800低濃度煙塵測量單元、測量控制單元、反吹裝置等組成。這些裝置分別負(fù)責(zé)樣氣的采集、按控制單元的設(shè)置比例稀釋樣氣濃度、測量稀釋過的樣氣中煙塵濃度、控制各個裝置的工作、執(zhí)行反吹工作。

與其他濕煙氣粉塵儀的比較，由于濕煙氣中的粉塵無法直接采用干法粉塵儀進(jìn)行測量，也只有為數(shù)不多的廠商有濕煙氣粉塵儀，且采用在煙道上開孔直接抽取煙氣烘干后進(jìn)行測量，采用這種直接抽取烘干的方式，設(shè)備測量池及管路特別容易堵塞，且對工況流速、壓力、濕度的要較高，滿足工況的范圍有限，為消除常規(guī)濕煙氣粉塵儀只加熱抽取的缺點(diǎn)，SBF800濕煙氣粉塵儀采用稀釋加熱抽取的采樣方式，這種采樣方式能很好的控制采樣流量，減少不必要的粉塵吸入量，而且采樣探頭、稀釋風(fēng)、采樣管路全稱高溫加熱，迅速烘干濕煙氣使采樣的樣氣進(jìn)入測量池分析粉塵含量；同時SBF800將烘干后的樣氣采用散射原理進(jìn)行粉塵測量，散射原理能進(jìn)行小量程測量，測量精度高，對于零點(diǎn)幾個mg/m3的粉塵也能進(jìn)行測量。

脫硝設(shè)備采用曼德克的整套系統(tǒng)，其中NOX/O2采用科德爾CODELGCEM4100-S模塊，該模塊精度高，反應(yīng)靈敏，能及時反映出煙氣中NOX的含量，從而控制噴氨量，以防止過噴或者少噴，造成NOX含量降不下來或者氨液浪費(fèi)。氨液的過噴，不僅污染其后的煙道及脫硫設(shè)備，因其毒性和可爆炸性，對周圍的環(huán)境也會造成極大的污染。因此，我們也安裝了兩套氨泄漏探頭，采用科德爾CODELGCEM6000模塊，能準(zhǔn)確檢測氨的泄漏量，為此時采取措施，提供了可靠的技術(shù)保障。

4 結(jié)束語

改造的總體進(jìn)展是順利的，但是在過程當(dāng)中，還是出現(xiàn)了一些未曾注意到的細(xì)節(jié)，使改造過程出現(xiàn)了小小的困難。例如在線自動監(jiān)控設(shè)備沒有實(shí)現(xiàn)雙檢測量量程自動切換功能，在各方協(xié)調(diào)下，才使儀表及DCS、CEMS控制間等都通過改動實(shí)現(xiàn)了該功能。還有脫硫吸收塔的加高，導(dǎo)致取樣伴熱管線加長，而原來的開關(guān)容量，對加長后的伴熱管線容量不夠，使得伴熱帶開關(guān)經(jīng)常跳閘。通過更換到更大容量的開關(guān)，這個問題得到了徹底解決。在改造最終完成后，經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，相對于原來的污染物排放，新系統(tǒng)達(dá)到了更低濃度的排放標(biāo)準(zhǔn)，對污染物的測量也在低量程范圍內(nèi)，準(zhǔn)確而穩(wěn)定地測量。污染物的降低，為環(huán)境的改善起到了積極的作用。