燃?xì)獍l(fā)電廠CEMS系統(tǒng)改造措施分析

郭強(qiáng)

摘要：目前各火力發(fā)電企業(yè)積極探索除塵、脫銷設(shè)施改造方法，并升級(jí)改造其配套的CEMS系統(tǒng)，提高煙氣污染物監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度，使煙氣排放污染物得到有效控制。本文以鄭州燃?xì)獍l(fā)電有限公司為例，就其CEMS系統(tǒng)改造措施進(jìn)行分析，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：煙氣在線監(jiān)測(cè);CEMS系統(tǒng);燃?xì)獍l(fā)電廠

引言：

我國(guó)高度重視能源生產(chǎn)革命，密切關(guān)注煤電清潔水平的提升，出臺(tái)了相關(guān)文件予以企業(yè)技術(shù)性的指導(dǎo)和支持，加強(qiáng)對(duì)污染物在線監(jiān)測(cè)的要求。鄭州燃?xì)獍l(fā)電有限公司針對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的CEMS系統(tǒng)情況展開分析，通過對(duì)其有效改造，實(shí)現(xiàn)了有效的污染物排放控制。

1、CEMS系統(tǒng)改造可行性分析

鄭州燃?xì)獍l(fā)電有限公司成立于2004年，建設(shè)2臺(tái)德國(guó)西門子390MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。機(jī)組型號(hào)V94.3A，屬于西門子第三代改進(jìn)型技術(shù)。公司是國(guó)家“西氣東輸”管線配套工程，河南省內(nèi)首家大型燃?xì)怆姀S，發(fā)揮氣、電兩網(wǎng)調(diào)峰作用。工程經(jīng)國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)，2005年7月開工建設(shè)，2007年兩臺(tái)機(jī)組相繼建成投運(yùn)。天然氣從西氣東輸鄭州門站引專用管路接入廠區(qū)，電力送出由500KV線路并入河南電網(wǎng)，除鹽水水源為城市自來水，冷卻水源主要為城市中水，備用冷卻水源為黃河原水。機(jī)組設(shè)計(jì)年利用小時(shí)為3500小時(shí)，2臺(tái)機(jī)組年設(shè)計(jì)發(fā)電量27億千瓦時(shí)。

2013年，鄭州燃機(jī)按照當(dāng)?shù)丨h(huán)保局要求，改造了煙氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)于2013年由河南省環(huán)境監(jiān)控中心審核后通過，并投入運(yùn)行。但就目前國(guó)家出臺(tái)的相關(guān)煙氣排放技術(shù)規(guī)范而言，對(duì)在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)明確了新要求，其中在技術(shù)方面要求監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)涵蓋雙量程，鄭州燃機(jī)現(xiàn)有煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)量程較大，無法實(shí)現(xiàn)煙氣污染物濃度的精確測(cè)量，并且在長(zhǎng)年的使用過程中，設(shè)備趨于老化，其測(cè)量準(zhǔn)確度不斷降低，公司內(nèi)部的系統(tǒng)站房無法適應(yīng)最新的環(huán)保管理要求，亟需技術(shù)改造。

2、傳統(tǒng)CEMS煙氣測(cè)量技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

與國(guó)家相關(guān)技術(shù)規(guī)范相比較，鄭州燃機(jī)CEMS系統(tǒng)存在分析儀表量程過大的問題，導(dǎo)致精確度下滑，測(cè)量與實(shí)際有較大誤差。紅外分析儀表會(huì)受到煙氣水分影響，預(yù)處理水能力相對(duì)較差。取樣管路吸附樣氣后，將會(huì)造成測(cè)量誤差較大。粉塵分析儀主要原理是利用激光以后向散射式形式進(jìn)行測(cè)量，但是當(dāng)煙氣中水分含量出現(xiàn)變化時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致煙道內(nèi)的煙氣發(fā)生溫度異常，這時(shí)，這種測(cè)量方式在測(cè)量過程中會(huì)將水分顆粒與煙塵顆粒一起作為測(cè)量對(duì)象，制約了煙塵數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。流速測(cè)量為點(diǎn)測(cè)量，其主要借助單點(diǎn)皮托管形式進(jìn)行，測(cè)點(diǎn)代表性不強(qiáng)，具有主觀性。根據(jù)公司機(jī)組大修后的煙氣情況，結(jié)合國(guó)家煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，需對(duì)CEMS系統(tǒng)進(jìn)行配套改造。

3、CEMS系統(tǒng)改造措施分析

3.1安裝位置選擇

根據(jù)相關(guān)煙氣排放檢測(cè)技術(shù)規(guī)范，CEMS系統(tǒng)取樣點(diǎn)應(yīng)注意環(huán)境光線、電磁輻射對(duì)取樣點(diǎn)產(chǎn)生的影響，其位置選擇區(qū)域內(nèi)的煙道振動(dòng)要處在較低頻率內(nèi)，安裝位置不能有漏風(fēng)情況，同時(shí)，要避開煙氣中的水霧，如果無法避開，應(yīng)采用與環(huán)境相適應(yīng)的監(jiān)測(cè)探頭以及儀器。針對(duì)垂直管段以及煙道負(fù)壓這兩個(gè)區(qū)域，可優(yōu)先選擇設(shè)置取樣點(diǎn)，這時(shí)采取的樣品更具有代表性。其測(cè)定位置不可在煙道的彎頭處，也不可在斷面變化較為復(fù)雜的部位，應(yīng)貫徹“前四后二”原則。取樣點(diǎn)在距離上要保持與監(jiān)測(cè)站房較近的位置，一般為70米以內(nèi)。

3.2氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)

本文主要以直接抽取的取樣方式為例，簡(jiǎn)要分析在CEMS系統(tǒng)中，不同氣態(tài)污染物的監(jiān)測(cè)。

3.2.1取樣探頭

在取樣探頭中，一般運(yùn)用加熱型采樣探頭，可避免在取樣探頭部位出現(xiàn)煙氣凝結(jié)的現(xiàn)象?？赏瑯友赜眉訜嵝腿犹綏U，以免樣氣凝結(jié)在取樣探頭中。

3.2.2取樣管線

取樣管主要運(yùn)用一體式加熱型，在樣品傳輸管線中，伴熱應(yīng)在120℃高溫以上，并且貫穿整個(gè)過程。材料的選擇主要強(qiáng)調(diào)其抗腐蝕性要求，還需要考慮其惰性化特點(diǎn)，在最大程度上避免樣件吸附情況的出現(xiàn)。在雙管結(jié)構(gòu)下，要使全系統(tǒng)中覆蓋校正回路，使其與相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求相符合。

整條采樣管線應(yīng)包括探頭到分析儀，其鋪設(shè)方式主要采用橋架或者穿管形式，管線在此基礎(chǔ)上得到有效的支撐保障。在管線的傾斜度方面，要求其應(yīng)在5°以上，并在4～5米間隔內(nèi)安裝卡箍，使管線積水現(xiàn)象得以避免[1]。

3.2.3預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)主要指樣品氣的處理，通過在特定條件下對(duì)樣氣加以處理，其與分析儀所需要的樣品氣條件相符合，同時(shí)還具有保持樣品成分作用，避免樣品濃度出現(xiàn)失真的情況。

在新技術(shù)升級(jí)的情況下，預(yù)處理系統(tǒng)功能得到進(jìn)一步提升，建立在動(dòng)態(tài)加磷酸中，利用壓縮機(jī)進(jìn)行制冷將水去除，再使用干燥器進(jìn)行滲透，在預(yù)處理中，樣氣損耗得到顯著降低，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了二氧化硫的損耗控制，與氣體污染物排放檢測(cè)要求相滿足。

3.2.4氣體分析儀

可使用量程相對(duì)較小的紅外氣體分析儀，提高測(cè)量的精確度。紅外氣體分析儀產(chǎn)生的紅外光源具有較長(zhǎng)的使用壽命。就目前而言，直接抽取法中非分散紅外分析方法使用十分廣泛。紫外分析儀運(yùn)用在燃?xì)獍l(fā)電廠，可避免煙氣中未完全燃燒參與甲烷對(duì)測(cè)量二氧化硫的干擾。特別是在機(jī)組啟停階段，若使用紅外氣體分析儀，煙氣中殘余甲烷對(duì)二氧化硫測(cè)量影響巨大。

但是紅外、紫外分析儀在使用中均不可直接對(duì)二氧化氮進(jìn)行測(cè)量。因此，在測(cè)量煙氣中二氧化氮時(shí)，應(yīng)注意利用二氧化氮轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成一氧化氮后，方可測(cè)量，以滿足氮氧化物在CEMS系統(tǒng)中的總量監(jiān)測(cè)要求。

3.3顆粒度監(jiān)測(cè)

激光后散射粉塵儀在價(jià)格方面優(yōu)勢(shì)明顯，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)組成使其在安裝過程中十分便捷，這種粉塵儀的使用范圍十分廣泛，但是其很容易受到各種各樣因素的干擾。例如，在煙氣中，不同物理特性的顆粒物形態(tài)，會(huì)加大測(cè)量出現(xiàn)偏差的可能性。光學(xué)鏡片污染也會(huì)使測(cè)量受到影響。在煙氣中含有水分的情況下，會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生干擾。同時(shí)，儀表自身漂移現(xiàn)象以及測(cè)量校準(zhǔn)環(huán)節(jié)較為復(fù)雜等問題都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生不同程度的影響。

目前，加熱抽取激光前散射式監(jiān)測(cè)儀可實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣顆粒物的有效檢測(cè)，能有效控制高濕、低溫情況下的脫硫問題[2]。其可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)檢測(cè)，與相關(guān)部門的具體環(huán)保要求相符合，同時(shí)，通過加熱抽取，避免了煙氣中的水分干擾，可對(duì)高濕低溫狀態(tài)下的煙氣顆粒物進(jìn)行測(cè)量，與傳統(tǒng)粉塵儀相比，其量程更低，具有良好的準(zhǔn)確性，能對(duì)超低顆粒物測(cè)量。同時(shí)，其校準(zhǔn)方面智能化水平較高，可自動(dòng)歸于零點(diǎn)，避免了出現(xiàn)低于零點(diǎn)的現(xiàn)象。檢測(cè)儀探頭還具有自動(dòng)反吹功能，無需維護(hù)，其使用成本性價(jià)比更高。

4、CEMS系統(tǒng)改造后情況分析

鄭州燃?xì)獍l(fā)電公司CEMS系統(tǒng)改造措施后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行趨于穩(wěn)定狀態(tài)，測(cè)量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)，增加了煙氣濕度測(cè)量。其中，氮氧化物、二氧化硫、顆粒物等三項(xiàng)污染物量程得到有效控制，在不斷降低中目前已經(jīng)趨于合理范圍內(nèi)[3]。借助紫外分析儀，可使二氧化硫測(cè)量值不會(huì)受到煙氣在未完全燃燒情況下殘余甲烷的影響，其測(cè)量準(zhǔn)確程度進(jìn)一步提升。運(yùn)用粉塵儀，使其測(cè)量與超低排放標(biāo)準(zhǔn)相符合，與改造前相比，粉塵測(cè)量值下降程度在90%以上。在CEMS系統(tǒng)中新增添了二氧化氮轉(zhuǎn)換器，對(duì)煙氣的總體氮氧化物濃度加以測(cè)量，確保了其始終與最新的國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)相符合。公司內(nèi)部原有的CEMS站房已經(jīng)拆除，新建站房在原有場(chǎng)地基礎(chǔ)上將面積增加到20平方米，與地方要求的站房技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保持一致。目前設(shè)備存在二氧化硫零點(diǎn)負(fù)漂移情況，但是因二氧化硫濃度較低將會(huì)造成運(yùn)行中檢測(cè)值低于零的現(xiàn)象，可對(duì)自動(dòng)零點(diǎn)校準(zhǔn)頻率加以提高，使低于零點(diǎn)問題得到有效解決。

結(jié)論：

在CEMS改造完成后，解決了因燃?xì)廨啓C(jī)啟停階段二氧化硫數(shù)據(jù)檢測(cè)失真帶來的困擾，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組排放污染物得到準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，滿足了環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。CEMS系統(tǒng)作為企業(yè)重要設(shè)備，應(yīng)切實(shí)結(jié)合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造，確保其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉洪博.火電廠超低排放煙氣CEMS改造措施[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2018（11）：60-62.

[2]孫成永，陳量.鍋爐超低排放煙氣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（32）：134-136.

[3]李志遠(yuǎn).火電廠超凈排放形式下的CEMS改造研究[J].綠色科技，2016（04）：97-98.