火電廠煙氣在線監(jiān)測及排放控制

武忠仁

（華能新疆吉木薩爾發(fā)電有限公司，新疆吉木薩爾，831500）

1 火電廠煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)應用意義

在火電廠運營生產(chǎn)期間，受到能量轉換方式、工藝技術的限制，將會持續(xù)釋放粉煤灰和硫煙氣等有毒氣體，對火電廠周邊生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染破壞，進而影響到動植物生長與人體健康。針對這一問題，多數(shù)火電廠陸續(xù)采取增加脫硫除塵處理工序、使用空氣冷卻汽輪機、應用壓力轉換技術、提高沸水能量利用率等措施，在直接與間接層面上起到一定程度的節(jié)能環(huán)保效果，但實際效果未達到預期標準，仍舊會排放少量有毒煙氣，粉塵污染、空氣污染問題時有出現(xiàn)。與此同時，對煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)的建立與應用，將在火電廠生產(chǎn)期間持續(xù)采集流量、壓力、溫度、粉塵濃度、凈煙氣排放量等現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，幫助工作人員全面掌握火電廠現(xiàn)場生產(chǎn)情況與煙氣排放控制情況，在出現(xiàn)有毒煙氣過量排放等問題時，可以在短時間內(nèi)正確了解問題產(chǎn)生原因，并采取調(diào)整工藝控制參數(shù)、設備運行狀態(tài)等方法手段來解決這類問題。同時，系統(tǒng)還將起到“查缺補漏”作用，幫助火電廠與工作人員掌握煙氣排放控制與生產(chǎn)活動中的薄弱環(huán)節(jié)，持續(xù)改進原有工藝技術。

1.2 系統(tǒng)類型及比選

目前來看，在各項火電廠項目中，由于火電廠建設規(guī)模、煙氣排放控制需求、工藝技術種類存在差異性，并未建立完全一致的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)類型包括直接測量式、稀釋式與直接抽取式三種，各類煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)的測量方式、工作原理和優(yōu)缺點不一致，需要根據(jù)項目情況加以慎重選擇。

首先，直接測量式煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)采取在煙道內(nèi)部安裝分析儀與信息傳感裝置的測量方法，裝置設備和火電廠生產(chǎn)期間產(chǎn)生的含硫煙氣保持直接接觸狀態(tài)，可以獲得相對較為準確的現(xiàn)場監(jiān)測信號，并直接將監(jiān)測結果發(fā)送到系統(tǒng)后臺。根據(jù)實際應用情況來看，這類煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)具有較好的優(yōu)勢，但在所安裝分析儀與信息傳感裝置持續(xù)受到含硫煙氣腐蝕，實際使用壽命較短，時常出現(xiàn)運行故障，并需要定期更換全新的現(xiàn)場監(jiān)測設備，總體使用成本相對較高。

其次，稀釋式煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)采取安裝探頭裝置來收集現(xiàn)場煙氣樣本，按順序執(zhí)行煙氣除水、除塵、配氣稀釋等操作步驟，最終完成樣本分析任務，向系統(tǒng)后臺發(fā)送樣本分析結果的測量方法，多用于完成高濕度環(huán)境的煙氣現(xiàn)場監(jiān)測任務，監(jiān)測精度并不會受到環(huán)境干擾，但其成本較高、內(nèi)部結構復雜，僅在特定場景中得到應用。

最后，直接抽取式煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)采取安裝預處理設備和探頭裝置，在火電廠生產(chǎn)期間開展煙氣采樣和預處理操作，再控制分析儀設備分析樣本組成成分來獲取現(xiàn)場監(jiān)測結果的測量方式。在火電廠項目中，此類系統(tǒng)多用于高塵環(huán)境與高濕度環(huán)境，有著設備裝置運行穩(wěn)定、使用壽命長、不易出現(xiàn)故障問題的優(yōu)勢，但現(xiàn)場裝置設備的操作流程較為繁瑣，系統(tǒng)后臺所獲取現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的時效性缺乏保障，且系統(tǒng)運行能耗較大。

1.3 系統(tǒng)應用場景

在火電廠項目中，煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)主要應用于現(xiàn)場監(jiān)測信號采集、數(shù)據(jù)分析處理場景。其中，在現(xiàn)場監(jiān)測信號采集場景，通過在生產(chǎn)現(xiàn)場安裝信息傳感裝置、探頭裝置和分析儀等設備，持續(xù)采集粉塵、煙氣、流量、壓力、溫度等參數(shù)，再將現(xiàn)場監(jiān)測信號進行初步分類整理，上傳至系統(tǒng)后臺。要求火電廠根據(jù)煙氣在線監(jiān)測需求來選擇現(xiàn)場裝置的種類型號，如配置采樣探討、氣體分析器、取樣管線來分析SO2、O2與NOx等煙氣氣體，配置SITRANS P壓差/溫度變送器分別測量壓力值與溫度值。而在數(shù)據(jù)分析處理場景，在系統(tǒng)中安裝PLC可編程邏輯控制器，自動對所收集現(xiàn)場監(jiān)測信號執(zhí)行信號轉換、邏輯分析等操作，將其轉換為簡單、直觀的數(shù)據(jù)信息，以及自動生成曲線對比圖和統(tǒng)計報表。此外，可選擇預先在煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)中設置各項參數(shù)的警戒值，系統(tǒng)運行期間持續(xù)對比所采集現(xiàn)場監(jiān)測信號與對應警戒值，如果出現(xiàn)數(shù)值超限情況，系統(tǒng)將自動執(zhí)行預先導入的控制方案。例如，在系統(tǒng)中預設過濾器浮塵警戒值，在系統(tǒng)運行期間檢測到過濾器表面浮塵厚度超標時，自動下達控制指令，使用壓縮空氣，將過濾器表面浮塵吹掃至煙道內(nèi)部。

1.4 煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)化措施

在火電廠采取稀釋式或直接測量式煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)時，受到復雜現(xiàn)場環(huán)境影響，系統(tǒng)設備在運行期間將會頻繁出現(xiàn)運行故障，進而影響到系統(tǒng)運行狀態(tài)和煙氣排放控制效果。因此，火電廠必須同步開展系統(tǒng)維護保養(yǎng)與故障檢修工作。

首先，在系統(tǒng)維護保養(yǎng)環(huán)節(jié)，建立起長效的系統(tǒng)維護保養(yǎng)制度，明確維護保養(yǎng)內(nèi)容、操作步驟、標準要求和注意事項，定期對現(xiàn)場監(jiān)測裝置與儀器設備開展日常維護保養(yǎng)工作，清理設備裝置表面附著與內(nèi)部堵塞的灰塵雜質(zhì)，更換老化磨損元件、觀測制冷器溫度等運行參數(shù)，檢查測塵儀風機、保護過濾器等裝置設備運行工況，并對維護保養(yǎng)過程加以記錄。同時，在維護保養(yǎng)期間發(fā)現(xiàn)裝置設備隱性故障和異常運行情況時，及時將問題上報反饋，組織開展故障診斷與設備檢修工作。例如，使用潔凈水體反復清洗制冷腔表面附著的灰塵污漬、每隔半年更換全新的制冷器下蠕動泵機、更換破損的取樣管、疏通取樣管內(nèi)部堵塞物。

其次，在故障檢修環(huán)節(jié)，要求工作人員掌握各類型故障問題的產(chǎn)生原因、客觀發(fā)生規(guī)律和正確處理方法。例如，在采取稀釋式煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)時，偶爾出現(xiàn)采樣管路進水故障，問題產(chǎn)生原因包括伴熱管線堵塞、主氣路負壓超標、探頭過濾筒堵塞等，工作人員應分別檢查各處管路裝置情況，鎖定堵塞部位，使用清水多次沖洗堵塞灰塵，再將管路與探頭過濾筒的殘留水分吹干。

2 火電廠煙氣排放控制的有效措施

2.1 確定煙氣排放控制總體思路

現(xiàn)階段，在部分火電廠項目中，尚未樹立起清晰、明確的煙氣排放控制思路，所采取各項控制措施缺乏關聯(lián)性，沒有形成完整的煙氣排放控制體系，實際控制效果并不理想。因此，要求火電廠積極借鑒國內(nèi)外成熟項目的案例經(jīng)驗，以煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)作為煙氣排放控制體系的核心，及早構建完善的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，配置高效靜電除塵器、移動極板靜電除塵器、WESP濕式靜電除塵器等裝置，以及采取石灰石-石膏濕法脫硫等工藝技術。如此，在火電廠生產(chǎn)活動中，操作人員根據(jù)系統(tǒng)所采集現(xiàn)場監(jiān)測信號與數(shù)據(jù)分析結果，為靜電除塵器裝置啟動運行、煙塵脫塵技術參數(shù)的制定調(diào)整提供信息支持，實現(xiàn)煙氣排放控制效果的最優(yōu)化目標。

2.2 進一步擴大煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋范圍

目前來看，火電廠所建立的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)的實際監(jiān)測范圍有限，并未完全覆蓋火電廠生產(chǎn)現(xiàn)場與全部環(huán)節(jié)，存在煙氣排放控制盲區(qū)與薄弱環(huán)節(jié)。例如，受到煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)限制，工作人員無法全面掌握火電廠各區(qū)域的實時煙氣排放量、煙氣組成成分等參數(shù)，偶爾出現(xiàn)少量未經(jīng)處理有毒煙氣排入大氣環(huán)境的問題。針對這一問題，需要火電廠持續(xù)擴大煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)的實際覆蓋范圍，具體措施包括安裝新一代PLC裝置、增加生產(chǎn)現(xiàn)場信息傳感裝置的安裝數(shù)量及分布密度、在煙氣產(chǎn)生和處理排放等區(qū)域均安裝現(xiàn)場監(jiān)測裝置、根據(jù)工藝技術選擇性增加監(jiān)測裝置種類。例如，在某火電廠項目中，為控制煙氣中二氧化硫氣體的排放量，選擇采取石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，同步更新現(xiàn)場監(jiān)測裝置的種類，煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)可以采集液氣比、石灰石粉顆粒粒度、脫硫吸收塔進出口煙氣溫度、煙氣含氧量等參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測結果調(diào)整工藝控制參數(shù)，如將進入吸收塔的煙氣溫度始終維持在96℃左右，從而將煙氣脫硫效率保持在90-95%區(qū)間范圍內(nèi)，如果煙氣溫度得不到有效控制，將會直接影響到煙氣脫硫效率，如在煙氣溫度到達103℃時煙氣脫硫效率將會降低至84.8%。

2.3 排放數(shù)據(jù)預處理

以上提及，煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)是煙氣排放控制體系的核心，系統(tǒng)運行情況直接影響到煙氣總體排放效果，以及間接影響到石灰石-石膏濕法煙氣脫硫、靜電除塵等煙氣污染物排放控制措施的實施效果。然而，部分所建立煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力較差，雖然可以在短時間內(nèi)完成海量數(shù)據(jù)的處理任務，但卻無法保證數(shù)據(jù)處理結果的真實性與準確性，進而對煙氣排放控制方案、策略的制定起到誤導作用，難以取得理想的煙氣排放控制效果。因此，為突破煙氣控制排放體系的局限性，應在煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)中增加排放數(shù)據(jù)預處理環(huán)節(jié)，系統(tǒng)依次執(zhí)行數(shù)據(jù)清理、集成處理和規(guī)約處理操作，從而簡化數(shù)據(jù)處理流程，在保證數(shù)據(jù)結果真實準確的前提下，進一步提高數(shù)據(jù)處理效率。其中，在數(shù)據(jù)清理步驟，執(zhí)行數(shù)據(jù)識別、離群點刪除、缺失值填寫等操作，從海量數(shù)據(jù)中篩除重復數(shù)據(jù)，并對異常數(shù)據(jù)加以糾正處理。在數(shù)據(jù)集成處理步驟，根據(jù)數(shù)據(jù)來源、關聯(lián)分析結果與屬性狀態(tài)，將數(shù)據(jù)導入數(shù)據(jù)庫中對應類型的文件內(nèi)進行歸檔保存。而在數(shù)據(jù)規(guī)約處理步驟，從所收集現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取高價值數(shù)據(jù)，以規(guī)約形式加以呈現(xiàn)，從而起到提高數(shù)據(jù)處理效率、保證數(shù)據(jù)時效性、減少數(shù)據(jù)處理量的作用。

2.4 完善煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)使用功能

根據(jù)火電廠煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)早期使用情況來看，普遍存在系統(tǒng)使用功能單一的問題，僅能做到對火電廠生產(chǎn)期間煙氣排放量、流量、粉塵量等參數(shù)的實時統(tǒng)計，應用作用主要體現(xiàn)在提供生產(chǎn)方案決策建議方面，并無法幫助工作人員在煙氣排放量超標等問題出現(xiàn)的第一時間采取有效處理措施，簡單來講，則是煙氣排放的事中控制力度不足。因此，火電廠需要根據(jù)煙氣排放控制需求，對當前的煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)功能結構加以補充完善。例如，考慮到現(xiàn)代火電廠有著規(guī)模龐大、工藝流程復雜的特征，可以在系統(tǒng)中增加區(qū)域定位、實時查詢、自動預警等使用功能。例如，對區(qū)域定位和自動預警功能的設置，在系統(tǒng)運行期間檢測到參數(shù)超限問題時，將自動發(fā)送報警信號，向值班人員發(fā)送詳盡的報警報告，內(nèi)容包括煙氣超標排放位置、具體排放量、問題發(fā)生前一段時間的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)及曲線圖表等，幫助工作人員更好的分析問題產(chǎn)生原因、制定合理的煙氣排放控制方案。此外，在煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)建立之初，可選擇應用PLC技術，所構建PLC系統(tǒng)有著擴展性強、升級維護簡單、編程方便的優(yōu)勢，系統(tǒng)結構由若干保持獨立狀態(tài)的模塊單元組成，工作人員僅需根據(jù)系統(tǒng)升級需求，對特定模塊單元進行增減處理，即可完成系統(tǒng)升級擴展任務，調(diào)整系統(tǒng)功能結構。