超低排放改造后CEMS測(cè)量準(zhǔn)確性的提高

（浙江浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江樂(lè)清325609）

超低排放改造后CEMS測(cè)量準(zhǔn)確性的提高

潘軍濤，屠士鳳，倪仲俊

（浙江浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江樂(lè)清325609）

超低排放改造后，燃煤機(jī)組污染物排放濃度大大降低，環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)上了新的臺(tái)階，對(duì)CEMS數(shù)據(jù)的精確性提出了新的要求。新的技術(shù)和設(shè)備應(yīng)用在超低排放改造后的CEMS系統(tǒng)投運(yùn)后出現(xiàn)各種問(wèn)題，通過(guò)分析原因并進(jìn)行相應(yīng)改造。提高了CEMS系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，滿(mǎn)足了日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。

超低排放；煙氣污染物在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；稀釋法；冷干直抽法

隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng),燃煤發(fā)電廠減排改造迫在眉睫。自國(guó)家發(fā)布《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》后，浙能樂(lè)清發(fā)電廠超低排放改造提速前進(jìn)，改造后煙氣排放限值執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為SO2（二氧化硫）35 mg/m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，下同），NOX（氮氧化物）50 mg/m3，煙塵5 mg/m3。原脫硫凈煙氣CEMS（煙氣污染物在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）已無(wú)法滿(mǎn)足低濃度氣態(tài)污染物測(cè)量的要求，必須對(duì)脫硫凈CEMS進(jìn)行升級(jí)改造，保證CEMS數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 系統(tǒng)概況

浙江浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司裝機(jī)規(guī)模為4×660 MW，采用SCR（選擇性催化還原）脫硝技術(shù)。超低排放主要改造脫硝、除塵和脫硫裝置，包括脫硝增加催化劑用量，替換原舊催化劑，低低溫電除塵系統(tǒng)的改造和增設(shè)濕式靜電除塵器，脫硫吸收塔再增加1臺(tái)石灰石漿液循環(huán)泵及其輔助設(shè)備的改造，脫硫CEMS系統(tǒng)也進(jìn)行相應(yīng)改造。

該廠原脫硫CEMS測(cè)量采用直接抽取結(jié)合冷干法，原煙氣凈煙氣各配有3個(gè)單獨(dú)的取樣探頭，均分布置在脫硫煙氣水平煙道側(cè)面。煙氣經(jīng)過(guò)3根采樣伴熱管線(xiàn)，進(jìn)入3個(gè)獨(dú)立的煙氣預(yù)處理裝置，再進(jìn)入3個(gè)獨(dú)立的冷凝單元，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的煙氣進(jìn)入煙氣混合器混合，混合后的煙氣最后進(jìn)入分析儀表進(jìn)行分析。原煙氣分析儀表采用量程0—3 000 mg/m3的ABB EL3020分析儀表，凈煙氣采用量程為0—300—3 000 mg/m3的ABB AO2020分析儀表。

超低排放改造后在保留脫硫前、后各3個(gè)取樣測(cè)點(diǎn)基礎(chǔ)上，對(duì)原有CEMS的部分設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，原煙氣ABB EL3020分析儀更換為量程0—3 000 mg/m3的ABB AO2020分析儀表。凈煙氣CEMS增加賽默飛世爾43i脈沖紫外熒光法SO2分析儀、賽默飛世爾42i化學(xué)發(fā)光法NO-NO2-NOX氣體分析儀和氧化鋯。在現(xiàn)有SO2/NOX/O2分析儀入口樣氣管路上，并接1路樣氣至新增分析儀，2套分析儀將同時(shí)運(yùn)行，相應(yīng)的樣氣管路進(jìn)行了改造。對(duì)冷凝單元等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)更換，冷凝單元采用雙級(jí)冷凝并帶有加酸功能，在冷凝單元后混合器出口的樣氣管路適當(dāng)位置上增加1套氣體干燥管，提高分析儀所需的樣氣品質(zhì)。

2 改造后出現(xiàn)的故障及改進(jìn)措施

賽默飛世爾表計(jì)使用紫外熒光法和化學(xué)發(fā)光法測(cè)SO2和NOX，采用分子發(fā)光氣體分析技術(shù)，屬于ppb級(jí)，表計(jì)最小量程可達(dá)到0.1 mg/m3，檢出下限極低。脈沖紫外熒光法測(cè)SO2相比非紅外吸收法受水份干擾少,加上冷凝器加酸和氣體干燥管的應(yīng)用，改造后的CEMS應(yīng)該滿(mǎn)足超低排放后環(huán)保的要求。但新設(shè)備和新表計(jì)在原來(lái)的預(yù)處理系統(tǒng)中應(yīng)用難免出現(xiàn)各種問(wèn)題，通過(guò)各種方法測(cè)試比對(duì)，查找和分析原因并進(jìn)行相應(yīng)的改造。

（1）測(cè)點(diǎn)取樣代表性不強(qiáng)造成SO2和NOX數(shù)據(jù)偏低。

原脫硫凈煙氣3路探頭煙道單側(cè)上、中、下分布，超低排放改造后煙道改變后煙氣分左右兩路進(jìn)入凈煙道混合。通過(guò)凈煙氣煙道頂部、左側(cè)、右側(cè)測(cè)試孔多點(diǎn)人工比對(duì)，發(fā)現(xiàn)凈煙道頂部煙氣濃度最高，兩側(cè)上部次之，中下部最低。為提高取樣代表性，重新將探頭布置在煙道頂部、左側(cè)上部、右側(cè)上部3路取樣。

（2）表計(jì)量程、單位設(shè)置不合理。

依據(jù)環(huán)保規(guī)范CEMS表計(jì)量程根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置，量程通常設(shè)置為排放源最大濃度的1～2倍。為滿(mǎn)足脫硝撤出時(shí)NOX測(cè)量要求，超低排放改造將42i NO-NO2-NOX氣體分析儀量程設(shè)置為0～200 ppm，43i SO2分析儀表計(jì)量程設(shè)為0～100 ppm。而平時(shí)NOX排放濃度區(qū)間在20 ppm以下。大量程設(shè)置低濃度測(cè)量容易引起表計(jì)數(shù)據(jù)測(cè)量誤差大。通過(guò)DCS（分散控制系統(tǒng)）邏輯修改數(shù)采儀組態(tài)設(shè)置，利用賽默飛世爾表計(jì)雙量程切換功能，將42i NO-NO2-NOX氣體分析儀量程設(shè)0-50-200 ppm切換，42i SO2分析儀表計(jì)量程設(shè)為0—100 ppm，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

（3）由于表計(jì)是進(jìn)口設(shè)備，遵循的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不同，選擇合適表計(jì)輸出單位，避免誤差。

由于賽默飛世爾分析儀表輸出質(zhì)量濃度（mg/m3）是指20℃時(shí)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體濃度（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)），而中國(guó)環(huán)保部門(mén)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定氣體質(zhì)量濃度是在0℃時(shí)1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的狀態(tài)下,所以用1atm 0℃下質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體做為表計(jì)的標(biāo)氣，要對(duì)標(biāo)氣濃度進(jìn)行準(zhǔn)確的換算。

1atm，0℃質(zhì)量濃度與1atm，20℃質(zhì)量濃度的換算關(guān)系為：

式中：Cm-w-0=Cm-w-20×1.07；Cm-w-0為1atm，0℃質(zhì)量濃度，單位mg/m3；Cm-w-20為1atm，20℃質(zhì)量濃度單位，mg/m3；Cv-o為0℃下體積濃度，單位ppm；Cv-20為20℃下體積濃度，單位ppm；22.4為0℃下摩爾濃度；24.04為20℃下摩爾濃度；Cv-o=Cv-20。

所以使用1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0℃的質(zhì)量濃度標(biāo)氣標(biāo)定，標(biāo)氣標(biāo)稱(chēng)乘以0.93與表計(jì)顯示質(zhì)量濃度相當(dāng)。由于不同溫度壓力下氣體體積濃度都相等，選用體積濃度（單位為ppm）作為顯示單位，并盡量選用以體積濃度為單位的標(biāo)氣。DCS顯示和數(shù)采儀數(shù)據(jù)按下面公式把在不同溫度和壓力下，氣體的體積濃度換算為同一標(biāo)準(zhǔn)下的質(zhì)量濃度（單位為mg/m3）：

式中：M為分子量；P為氣體壓力；T為氣體溫度。

（4）水份的干擾引起SO2排放數(shù)值周期性變小或者到零。

從圖1可知，隨著溫度的降低，SO2在水中的溶解度上升，也就是說(shuō)，SO2在冷凝水中的溶解度升高，損失率升高。從圖2可知，濕度越高，冷凝水析出的越多；而SO2濃度越低，損失比率也會(huì)越高?？梢源_認(rèn)在低溫度、高濕度（45～50℃超飽和水汽）、低量程SO2（SO2＜35 mg/m3）情況下，SO2的損失率會(huì)非常高。

圖1 SO2在不同溫度下的溶解度曲線(xiàn)

圖2 不同濕度情況下SO2的損失率曲線(xiàn)

為減少SO2損失，對(duì)CEMS進(jìn)行改造。首先確保探頭與煙道固定牢固無(wú)漏縫，防止有漏風(fēng)，造成探管內(nèi)樣氣遇冷冷卻。做好探頭加熱部分保溫，確保加熱溫度在145℃。探頭出來(lái)以及進(jìn)入冷凝器伴熱管線(xiàn)的裸露段盡量短，控制10 cm以下，并用泡沫包裹好，采用加熱溫度最高達(dá)150℃的伴熱管線(xiàn)，并將溫度設(shè)定在135℃以上。對(duì)冷凝器蠕動(dòng)泵排水進(jìn)行改造，抬高冷凝器的位置，原2個(gè)蠕動(dòng)泵串級(jí)排水改為各自獨(dú)立排水，縮短排水距離，保證冷凝液迅速排掉。改造后相同500 MW負(fù)荷段，SO2變化幅度從原13 mg/m3左右降到約3 mg/m3，取得了明顯的效果。

（5）CEMS電源不可靠，系統(tǒng)經(jīng)常斷電無(wú)法保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定運(yùn)行。

原CEMS電源與小屋照明、空調(diào)電源合用1路總電源，空調(diào)故障和插座短路都可能造成CEMS電源跳閘，設(shè)備可靠性差。將CEMS電源單獨(dú)從脫硫MCC柜供電，保證3路伴熱管線(xiàn)與機(jī)柜PLC、煙塵儀及各分析表計(jì)電源開(kāi)關(guān)單獨(dú)配置，依據(jù)伴熱管線(xiàn)的功率選用合適開(kāi)關(guān)容量，保證CEMS各設(shè)備電源正常工作。

（6）環(huán)保網(wǎng)設(shè)備老化，數(shù)據(jù)傳輸可靠性差。

樂(lè)清發(fā)電廠自建廠以來(lái)，環(huán)保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一直未更新?lián)Q代，經(jīng)常發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸中斷。超低排放改造后，對(duì)整個(gè)環(huán)保網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了整改：更換所有小室光纖、收發(fā)器和數(shù)采儀，對(duì)核心交換機(jī)冗余配置，交換機(jī)電源也分別從1號(hào)、2號(hào)脫硫UPS引入并實(shí)現(xiàn)冗余切換，確保了環(huán)保數(shù)據(jù)可靠上傳。

3 結(jié)語(yǔ)

改造后的樂(lè)清發(fā)電廠CEMS運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)符合環(huán)保要求，取得了很好的效果，其改造經(jīng)驗(yàn)值得其它同類(lèi)型發(fā)電廠借鑒。

[1]蔣雄杰，李峰.GASS預(yù)處理系統(tǒng)在燃煤電廠“超低排放”CEMS中的研究與應(yīng)用[C].燃煤電廠"超低排放"新技術(shù)交流研討會(huì)，2014.

[2]樊保國(guó)，祁海鷹，由長(zhǎng)福，等.煙氣中的凝結(jié)水對(duì)SO2濃度測(cè)量的影響[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2002，8（5）∶454-456.

[3]王志軒.我國(guó)火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝設(shè)及應(yīng)用的若干問(wèn)題[J].中國(guó)電力，2002，35（11）∶77-81.

[4]潘荔，王卓昆，王志軒.我國(guó)火電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)裝置現(xiàn)狀及對(duì)策建議[J].環(huán)境科學(xué)研究，2005，18（4）∶42-45.

[5]趙磊，周洪光.超低排放燃煤火電機(jī)組濕式電除塵器細(xì)顆粒物脫除分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36（2）∶468-473.

[6]朱法華，王圣.煤電大氣污染物超低排放技術(shù)集成與建議[J].環(huán)境影響評(píng)價(jià)，2014（5）∶25-29.

[7]肖麗，王剛，金禮方.600 MW級(jí)火電機(jī)組超低排放改造后的運(yùn)行成效分析[J].浙江電力，2016，35（7）∶37-40.

[8]王潔.燃煤發(fā)電廠脫硝催化劑的成分及表面分析研究[J].浙江電力，2015，34（11）∶92-96.

（本文編輯：徐晗）

Accuracy Improvement of CEMS Measurement after Ultra-low Emission Transformation

PAN Juntao，TU Shifeng，NI Zhongjun
（Zhejiang Zheneng Yueqing Power Generation Co.，Ltd.，Yueqing Zhejiang 325609，China）

After ultra-low emission transformation，the pollutant emission concentration of coal-fired units has been greatly reduced，and the environmental emission standards have taken a new step；besides，new requirements on accuracy of CEMS data have been put forward.With its application in CEMS system after ultralow emission transformation，new technology and equipment are facing up various problems，which are eliminated after cause analysis and transformation.The measurement data accuracy and stability of CEMS system are improved to meet increasingly strict environmental protection requirements.

ultra-low emission；CEMS；dilution method；cold dry direct-extractive method

10.19585/j.zjdl.201707010

1007-1881（2017）07-0043-03

TK39

B

2017-03-31

潘軍濤（1977），男，工程師，主要從事發(fā)電廠熱控技術(shù)管理工作。