燃煤電廠煙氣超低排放CEMS 選型與設(shè)計(jì)分析

蔡小榮

摘? 要：CEMS設(shè)備在排放監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用，可以為燃煤電廠煙氣排放監(jiān)測(cè)提供支持。在環(huán)保制度越來(lái)越完善的過(guò)程中，燃煤電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)CEMS設(shè)備的可靠性以及精準(zhǔn)性提出了更高的要求。為了解決煙氣排放監(jiān)測(cè)問(wèn)題，應(yīng)加大對(duì)CEMS設(shè)備的研究力度。從實(shí)際情況來(lái)看，設(shè)計(jì)人員需綜合分析CEMS設(shè)備的特點(diǎn)、測(cè)量技術(shù)以及應(yīng)用范圍，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;煙氣排放;CEMS選型

前言：

在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷下降的過(guò)程中，我國(guó)越來(lái)越注重節(jié)能減排、綠色環(huán)保工作的開(kāi)展。燃煤發(fā)電是國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注的行業(yè)，所以燃煤電廠需要積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，按照排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行煙氣排放，并利用CEMS設(shè)備對(duì)煙氣排放進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1.CEMS設(shè)備的構(gòu)成與類型

CEMS設(shè)備即煙氣自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，指的是對(duì)大氣污染源排放的顆粒物與氣態(tài)污染物濃度與排放量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的設(shè)備。CEMS設(shè)備是由諸多子系統(tǒng)共同構(gòu)成的，例如煙氣參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及氣源系統(tǒng)等。其中，煙氣參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)可以對(duì)煙氣的溫濕度、含氧量以及壓力等各方面情況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè);氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)煙氣中二氧化硫等污染物的濃度;顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)煙氣的粉塵濃度;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)與處理系統(tǒng)可以全面采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸與處理，從而計(jì)算出煙氣當(dāng)中污染物的情況;電源系統(tǒng)與氣源系統(tǒng)可以為CEMS設(shè)備提供電力以及壓縮空氣[1]。

常用的技術(shù)有原位測(cè)量技術(shù)與抽取采樣技術(shù)，其中原位測(cè)量技術(shù)包括線測(cè)量技術(shù)與點(diǎn)測(cè)量技術(shù)等類型，抽取采樣技術(shù)又包括直接取樣技術(shù)與稀釋取樣技術(shù)等類型，所以常用的CEMS設(shè)備包括現(xiàn)場(chǎng)煙氣CEMS設(shè)備、直接抽取式煙氣CEMS設(shè)備、稀釋抽取式煙氣CEMS設(shè)備等類型。原位測(cè)量技術(shù)不會(huì)對(duì)煙氣的組分產(chǎn)生影響，且不需要進(jìn)行采樣和分析，但是在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)需要先在煙氣當(dāng)中放置測(cè)量器件。而測(cè)量器件屬于精密儀器，會(huì)受到高溫、腐蝕等因素的影響，所以測(cè)量穩(wěn)定性相對(duì)較低，儀器維護(hù)費(fèi)用也比較高。抽取采樣技術(shù)較為成熟，可以利用取樣探頭獲取煙氣試樣、對(duì)煙氣試樣進(jìn)行預(yù)處理、對(duì)煙氣試樣進(jìn)行儀器分析。

2.CEMS設(shè)備的選型

2.1顆粒物監(jiān)測(cè)設(shè)備的選型

技術(shù)人員可以通過(guò)煙氣的濁度檢測(cè)結(jié)果分析煙塵濃度。在檢測(cè)煙氣的濁度時(shí)，可以利用光源檢測(cè)達(dá)到檢測(cè)目的，即檢測(cè)光源的散射光強(qiáng)度或輻射光衰減量。因此，可以將常用的煙塵檢測(cè)方法分為光散射法與光透射法等類型。應(yīng)用光散射法的儀器屬于原位式散射式煙塵儀，主要包括后散射式煙塵儀、前散射式煙塵儀等類型，其靈敏性相對(duì)較強(qiáng)，但是測(cè)量范圍較小。應(yīng)用光透射法的儀器屬于原位式透射式煙塵儀，包括單光程煙塵儀與雙光程煙塵儀這兩種類型。單光程儀器的光源發(fā)射端與光源接收端在煙囪或煙道的兩端，而雙光程煙塵儀中含有光源發(fā)射裝置與光源反射裝置，測(cè)量精度較高、測(cè)量范圍也比較大。

從實(shí)際情況來(lái)看，這些煙塵儀的整體結(jié)構(gòu)都不復(fù)雜，測(cè)量范圍也比較大，但是很容易受到水霧等外界因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差。而在煙塵儀中設(shè)置自動(dòng)吹掃裝置可以增強(qiáng)煙塵儀的穩(wěn)定性、控制測(cè)量誤差，因此可以在煙塵儀中安裝自動(dòng)吹掃裝置。其次，如果需要測(cè)量煙氣中的超低濃度煙塵含量就需要應(yīng)用抽取式測(cè)量技術(shù)與抽取式煙塵儀。常用的抽取式煙塵儀有伴熱抽取式煙塵儀、稀釋抽取式煙塵儀等類型，伴熱抽取式煙塵儀可以從煙道當(dāng)中抽取煙氣，將煙氣輸送至高溫汽化腔室當(dāng)中，從而蒸干煙氣當(dāng)中的水分，稀釋抽取式煙塵儀可以將煙氣與加熱的空氣混合均勻，從中抽取試樣，并對(duì)試樣進(jìn)行加熱處理，從而測(cè)量干煙氣中的超低濃度煙塵含量[2]。

2.2氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)設(shè)備的選型

在監(jiān)測(cè)煙氣當(dāng)中的氣態(tài)污染物含量時(shí)需要進(jìn)行煙氣預(yù)處理、煙氣組分分析，就需要科學(xué)選擇處理設(shè)備與分析設(shè)備。第一，煙氣預(yù)處理設(shè)備的選擇。煙氣預(yù)處理設(shè)備有直接抽取CEMS設(shè)備與稀釋抽取CEMS設(shè)備。直接抽取CEMS設(shè)備的煙氣預(yù)處理方法包括熱濕法與冷干法，熱濕法比較適用于測(cè)量煙氣當(dāng)中容易溶于水的成分的濃度，若采用熱濕法就需要確保氣體通道中的被測(cè)煙氣都處于煙氣露點(diǎn)之上，避免出現(xiàn)水蒸氣冷凝等情況;冷干法屬于干基測(cè)量，需要對(duì)煙氣進(jìn)行過(guò)濾處理、除濕處理，在干燥的狀態(tài)下對(duì)煙氣進(jìn)行分析[3]。稀釋抽取CEMS設(shè)備可以通過(guò)稀釋試樣等手段降低試樣的露點(diǎn)，降低試樣出現(xiàn)冷凝等問(wèn)題的幾率，屬于濕基測(cè)量。相比于直接抽取CEMS設(shè)備，稀釋抽取CEMS設(shè)備所抽取的煙氣流量較小，可以減少探頭過(guò)濾器堵塞等問(wèn)題的發(fā)生。但是在應(yīng)用稀釋抽取CEMS設(shè)備時(shí)需要利用二氧化碳分析儀修正煙氣污染物的濃度。因此，應(yīng)用稀釋抽取CEMS設(shè)備的難度較大。第二，煙氣組分分析儀的選型。煙氣組分分析儀是由測(cè)量氣室、輻射光源與測(cè)量電路共同構(gòu)成的，包括紅外分析儀、紫外分析儀等類型。在測(cè)量過(guò)程中紅外線或紫外線會(huì)通過(guò)被測(cè)煙氣，之后就可以測(cè)量被測(cè)煙氣的紅外線輻射強(qiáng)度或紫外線輻射強(qiáng)度。紅外分析儀對(duì)被測(cè)煙氣的清潔性與干燥性有較高的要求，但是對(duì)煙氣的組分變化沒(méi)有較高的要求。紫外分析儀對(duì)被測(cè)煙氣的水分含量沒(méi)有較高的要求。在應(yīng)用直接抽取技術(shù)時(shí)可以應(yīng)用非分散紅外氣體分析儀，例如燃煤電廠可以將冷干直接抽取技術(shù)與非分散紅外分析儀結(jié)合起來(lái)。

2.3煙氣參數(shù)測(cè)量設(shè)備的選型

煙氣參數(shù)測(cè)量結(jié)果也會(huì)影響到CEMS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，其中煙氣濕度在線測(cè)量主要有干濕氧法和阻容法;煙氣溫度測(cè)量設(shè)備有鎧裝熱電偶測(cè)量裝置、鎧裝熱電阻測(cè)量裝置等;煙氣壓力測(cè)量設(shè)備有智能壓力變送器等;煙氣含氧量測(cè)量裝置有電化學(xué)式氧分析儀、氧化鋯分析儀等;煙氣流量測(cè)量設(shè)備有超聲波流量計(jì)、壓差式流量計(jì)等。一般情況下，在抽取式CEMS設(shè)備中會(huì)應(yīng)用直插式氧化鋯分析儀。技術(shù)人員需要根據(jù)燃煤電廠的實(shí)際情況選擇各種煙氣參數(shù)測(cè)量設(shè)備。

3.CEMS設(shè)備的設(shè)計(jì)

燃煤電廠在排放煙氣時(shí)會(huì)先將煙氣輸送至凈化設(shè)施當(dāng)中，對(duì)煙氣進(jìn)行凈化處理，之后再將煙氣輸送至煙囪中。煙囪入口處的煙氣具有濕度高、溫度低、污染物含量低等特點(diǎn)，但腐蝕性相對(duì)較強(qiáng)。所以，在設(shè)計(jì)CEMS設(shè)備時(shí)需要做好工藝選擇與安裝設(shè)計(jì)工作。

3.1科學(xué)選擇工藝

CEMS設(shè)備屬于環(huán)保監(jiān)測(cè)設(shè)備，所以必須具有國(guó)家環(huán)保部門(mén)提供的環(huán)保認(rèn)證書(shū)以及質(zhì)監(jiān)部門(mén)發(fā)的計(jì)量許可證。同時(shí)，CEMS設(shè)備的安裝、維護(hù)都需要獲取環(huán)保部門(mén)的認(rèn)可。在進(jìn)行CEMS設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需研究HJ/T 76-2017以及HJ/T 75-2017等標(biāo)準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求選擇設(shè)計(jì)方式[4]。其次，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)燃煤電廠的煙氣特點(diǎn)選擇CEMS設(shè)備的取樣方法、測(cè)量方法。例如，若燃煤電廠排放的煙氣中存在水滴，就需要選擇原位測(cè)量技術(shù)，并完善煙道中的防腐設(shè)施，加大對(duì)測(cè)量?jī)x表的保護(hù)力度。此外，在進(jìn)行PLC以及分析儀等設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需科學(xué)選擇供電方式，避免間斷供電造成數(shù)據(jù)丟失。

3.2做好安裝設(shè)計(jì)工作

安裝設(shè)計(jì)是CEMS設(shè)備設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)燃煤電廠的煙道布置情況、CEMS設(shè)備的小間位置等各方面情況進(jìn)行安裝設(shè)計(jì)。其次，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要注意一些細(xì)節(jié)。第一，應(yīng)控制CEMS機(jī)柜與取樣點(diǎn)之間的距離，避免距離過(guò)遠(yuǎn)，否則會(huì)影響取樣質(zhì)量。第二，不能在存在明顯振動(dòng)情況的位置安裝設(shè)備，否則會(huì)對(duì)煙道當(dāng)中的探頭造成影響。第三，需要優(yōu)化取樣探頭與分析機(jī)柜之間的管路設(shè)計(jì)，使管路向下傾斜，否則可能會(huì)出現(xiàn)冷凝液凝聚等情況。第四，不能在煙氣流速過(guò)低的位置安裝測(cè)點(diǎn)開(kāi)孔位置，應(yīng)當(dāng)在煙道負(fù)壓區(qū)、垂直管段等區(qū)域設(shè)置測(cè)點(diǎn)開(kāi)孔位置。第五，需要在監(jiān)測(cè)斷面的下游預(yù)留采樣孔位置。第六，需要在有空調(diào)的區(qū)域中安裝CEMS分析儀器，從而為分析儀器的運(yùn)行創(chuàng)造良好的環(huán)境。第七，需要完善設(shè)備的防雷措施與接地措施，增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的安全性。第八，應(yīng)優(yōu)化電子設(shè)備的防護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì)。

結(jié)語(yǔ)：

CEMS設(shè)備的準(zhǔn)確性與可靠性會(huì)影響到煙氣排放質(zhì)量，為此技術(shù)人員需要綜合分析CEMS設(shè)備的顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煙氣參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)等子系統(tǒng)，為設(shè)備選型奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，在進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)需要科學(xué)選擇工藝并做好安裝設(shè)計(jì)工作，增強(qiáng)設(shè)備測(cè)量的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

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[4]李小龍，李軍狀，段玖祥，滕農(nóng).超低排放燃煤電廠煙氣中氨測(cè)試方法探討與建立[J].環(huán)境工程，2018，36（10）：170-174.