煙氣連續(xù)排放自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用煙氣連續(xù)排放煙煙氣系統(tǒng)連續(xù)應(yīng)

開(kāi)學(xué)發(fā)展技術(shù)慶祝 煙氣連續(xù)排放自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用 丁 卉 ， 孔凡新 ， 付叢偉 ， 賈美芹 ， 馬 彥 ， 孔國(guó)強(qiáng) 山東華聚能源濟(jì)東分公司 摘要 ： 本文結(jié)合華聚能源濟(jì)東分公司煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（ CEMS）的應(yīng)用實(shí)例，著重介紹了 CEMS 的結(jié)構(gòu)組成和使用情況。 關(guān)鍵詞： CEMS 在線檢測(cè) 二氧化硫 環(huán)保 1.1 前 言 目前，我國(guó)燃煤裝機(jī)電站占全國(guó)發(fā)電裝機(jī)總量的 74，發(fā)電量占全國(guó)發(fā)電量的 81以上，燃煤電廠排放的二氧化硫已接近全社會(huì)排放總量的 50。隨著煤炭轉(zhuǎn)換為電力比重的提高，這一比例將會(huì)進(jìn)一步增大?；痣姀S作為二氧化硫排放大戶，控制二氧化硫排放已成為我國(guó) 控制大氣污染的重中之重。 華聚能源濟(jì)東分公司 2000 年建成投產(chǎn)，是一家擁有兩臺(tái)裝機(jī)容量為 6000kWh 的抽凝式汽輪機(jī)組、三臺(tái) 35 /循環(huán)流化床鍋爐的熱電廠。所在地區(qū)濟(jì)東新村居住人口達(dá) 5 萬(wàn)余人，居住面積約 30 萬(wàn)平方米，周圍是廣闊的農(nóng)田。濟(jì)東分公司為其提供電能、蒸汽以及冬季供暖。 初期，主要配套環(huán)保設(shè)施為三臺(tái)靜電除塵器，用于清除煙氣中的固體粉塵顆粒，消除黑煙。但是， SO2 及其他氮氧化物的排放和監(jiān)測(cè)卻沒(méi)有任何措施和設(shè)施。燃煤造成的煤煙型污染使周圍的大氣質(zhì)量難以達(dá)到良好環(huán)境空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，燃煤排放的 SO2 甚至造成 附近產(chǎn)生酸雨。另外，隨著發(fā)電量的提高， SO2 的排放量也隨之加大，與日益開(kāi)學(xué)發(fā)展技術(shù)慶祝 嚴(yán)格的環(huán)保要求發(fā)生了劇烈的矛盾， SO2 的治理工作已勢(shì)在必行。 1.2 國(guó)家制定的火電廠二氧化硫污染控制政策 針對(duì)火電廠二氧化硫的排放現(xiàn)狀，近年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)了一系列的法規(guī)、政策。 2003 年 1 月國(guó)務(wù)院頒布了新的排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例，有關(guān)部委配套出臺(tái)了新的排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)管理辦法、排污費(fèi)資金收繳使用管理辦法，同年 7 月 1 日，全國(guó)按新的標(biāo)準(zhǔn)和辦法征收和使用排污費(fèi)，其中二氧化硫排污費(fèi)由“兩控區(qū)”收費(fèi)變?yōu)槿媸召M(fèi)，且收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)由 0.20 元 /Kg 分 3 年提高到 0.63 元 /Kg。為了進(jìn)一步嚴(yán)格控制火電廠二氧化硫排放，國(guó)家環(huán)?？偩钟?2003 年 12 月23 日頒布了新修訂的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)已于2004 年 1 月 1 日正式實(shí)施?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在以后的幾年內(nèi)，火電廠將面臨著更為艱巨的二氧化硫控制任務(wù)。 1 從上述分析來(lái)看， 在火電廠裝設(shè) 煙氣連續(xù)排放檢測(cè) 系統(tǒng)（ CEMS-Continuous Emission Monitoring System）既是法定要求，已在國(guó)家行政管理、環(huán)境規(guī)劃、技術(shù)政策中明確體現(xiàn)，不僅是環(huán)保管理的需要，也是電力企業(yè)生產(chǎn)管理、競(jìng)價(jià)上 網(wǎng)的需要，對(duì)企業(yè)、行業(yè)、政府管理科學(xué)化都將產(chǎn)生重要而深刻的影響。 2.1 華聚能源濟(jì)東分公司 CEMS 的組成 華聚能源濟(jì)東分公司為 35T/H 矸石循環(huán)流化床鍋爐，燃用矸石，灰分較高，煙氣工況較惡劣，在煙氣處理系統(tǒng)的配置方面要充分開(kāi)學(xué)發(fā)展技術(shù)慶祝 考慮系統(tǒng)性能指標(biāo)應(yīng)在滿足運(yùn)行工況下實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。華聚能源濟(jì)東分公司選用德國(guó) Buhler 公司生產(chǎn)的在線式分析儀及配套的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可監(jiān)測(cè) CO、 NOx、 SO2、濁度、煙氣流速和 O2，該套系統(tǒng)安裝于煙囪 30m 標(biāo)高處。 2.2 華聚能源濟(jì)東分公司 CEMS 的組成和各部分工作原理 華聚能源濟(jì)東 分公司的 CEMS 由下列設(shè)備組成：（ 1） U23 系列多組分紅外氣體分析儀；（ 2） DR 216 型粉塵監(jiān)測(cè)儀；（ 3） TF100型流量、溫度測(cè)定儀；（ 4）數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。該套 CEMS 設(shè)備見(jiàn)表 2： 表 1 華聚能源濟(jì)東分公司 CEMS 設(shè)備 序號(hào) 設(shè)備名稱及部件 型號(hào)規(guī)格 單位 數(shù)量 生產(chǎn)廠家 1 采樣分析系統(tǒng) 米 1.1 采樣管線 套 1 國(guó)產(chǎn) 1.2 采樣探頭（包括控 制器） 臺(tái) 1 德國(guó) Buhler 1.3 SO2/NOX/O2 分析儀 U23 臺(tái) 1 德國(guó)西門(mén)子 1.4 儀器控制柜 （長(zhǎng) 寬 高） 800 600 2100 套 1 德國(guó)威圖 1.5 預(yù)處理 套 1 德國(guó) Buhler 1.6 系統(tǒng)反吹裝置（含空壓機(jī)、空氣凈化裝置） 套 1 德國(guó) Buhler 2 測(cè)塵儀 DR 216 套 1 德國(guó) Durag 3 流量、溫度儀 TF100 套 1 加拿大塞爾 瑟斯 4 壓力計(jì) 套 1 加拿大塞爾 瑟斯 5 系統(tǒng)控制裝置 V4 套 1 5.1 PLC S7 200 套 1 德國(guó)西門(mén)子 5.2 軟件 套 1 國(guó)產(chǎn) 開(kāi)學(xué)發(fā)展技術(shù)慶祝 6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 套 1 6.1 計(jì)算機(jī) P4/256M/40G 臺(tái) 1 國(guó)產(chǎn) 6.2 打印機(jī) HP1010 臺(tái) 1 美國(guó)惠普 6.3 軟件 套 1 國(guó)產(chǎn) 7 標(biāo)氣 8L 瓶 2 國(guó)產(chǎn) 2.2 各監(jiān)測(cè)儀及其工作原理 各監(jiān)測(cè)儀的測(cè)定原理不同，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也各有差異。具體見(jiàn)表 2。 表 2 華聚能源濟(jì)東分公司 CEMS 設(shè)備的監(jiān)測(cè)儀組成及相關(guān)技術(shù)指標(biāo) 功 能 煙氣監(jiān)測(cè) SO2、 NOX 監(jiān)測(cè) 測(cè)定成分 粉 塵 SO2、 NOX 測(cè)定原理 在線式不透光度法 全抽取式紅外吸收法、采樣流量 2L/min、流量誤差 0.1L/min、伴熱管溫度 140， 160。 響應(yīng)時(shí)間 10S 20S 準(zhǔn)確度 系統(tǒng)誤差 5% 系統(tǒng)誤差 5% 監(jiān)測(cè)范圍 01000mg/m3 標(biāo)況 SO2： 01000mg/m3 標(biāo)況 NOX： 01000mg/m3 標(biāo)況 最低監(jiān)測(cè)下限 1mg/m3 10mg/m3 零點(diǎn)漂移 2%(24 小時(shí) ) 0.5mg/m3(24h)； 2%(168 小時(shí) ) 滿量程漂移 5%(24 小時(shí) ) 2.5 滿量程 /24h； 2.5%(168 小時(shí) ) 線性度 1% 1.5% 顯示器 帶有背照光源液晶顯示 (分辨率 400 線以上 ) 校準(zhǔn)方式 自動(dòng)校準(zhǔn)方式 電源 AC220V 10% 50Hz 5% 主要接氣材質(zhì) 不銹鋼、聚四氟乙烯 采樣條件 -410kPa；溫度 0300 ；流速 030m/s 周圍溫度影響 可以允許周圍溫度條件內(nèi)的 5變化 周圍允許條件 環(huán)境溫度： -20+40；溫度： 90%；使用場(chǎng)所無(wú)嚴(yán)重腐蝕、易燃易爆氣體、塵埃、強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾及震動(dòng)。 2.2.1 U23 多組分紅外氣體分析儀 該分析儀由 4 部分組成：（ 1）光學(xué)單元。包括用于發(fā)射和接收紅開(kāi)學(xué)發(fā)展技術(shù)慶祝 外光的紅外線發(fā)射器及接收器。（ 2）信號(hào)處理單元。處理 來(lái)自接收器的數(shù)據(jù)，提供 4 30mA 信號(hào)輸出及串行數(shù)據(jù)連接口，并對(duì)分析儀的工作狀態(tài)進(jìn)行診斷。（ 3）校準(zhǔn)單元。用于在線滿量程及零點(diǎn)校準(zhǔn)。（ 4）供電單元。用于儀表供電及接點(diǎn)輸出。 該分析儀采用熱管抽取式紅外分析法對(duì)各種污染物進(jìn)行測(cè)量。煙氣由采樣探頭抽取，由陶瓷過(guò)濾器濾除 2 以上的顆粒；為了防止樣氣中水分冷凝，溶解 SO2、 NOX 影響測(cè)量準(zhǔn)確度，而對(duì)樣氣采取加熱處理，并由伴熱保溫導(dǎo)氣管進(jìn)入主機(jī)柜。樣氣進(jìn)入主機(jī)柜后，先進(jìn)入煙氣預(yù)處理裝置將水分等從樣氣中分離出去，并使樣氣溫度適當(dāng)降低，降溫至 5，使樣氣和水分徹底分離， 完全消除水分的影響。再經(jīng)過(guò)一級(jí)細(xì)過(guò)濾徹底清除微塵的影響，得到比較純的樣氣，進(jìn)入分析儀。 利用 SO2 分子、 NOX 分子分別在特定紅外區(qū)有強(qiáng)吸收的特性，對(duì)組分進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)利用化學(xué)傳感器測(cè)氧含量、利用 PT100 檢測(cè)煙溫、壓力傳感器測(cè)量煙道壓力、利用以上參數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況。用熱導(dǎo)式流量計(jì)測(cè)量煙氣流速。 U23 系列分析儀的特點(diǎn)：（ 1）用戶可根據(jù)需要最多選 4 個(gè)測(cè)量參數(shù)通道；（ 2）提供串行數(shù)據(jù)接口，通過(guò) CCL 與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；（ 3）可選用 3 種顯示單位： mg/m3、 mg/Nm3 和 ppm； （ 4）可選擇 4 種滾動(dòng)平均值，時(shí)間范圍為 10s 30d；（ 5）信號(hào)處理單元的LED 可提供診斷、測(cè)量信息；（ 6）可自動(dòng)校準(zhǔn)零點(diǎn)。 開(kāi)學(xué)發(fā)展技術(shù)慶祝 2.2.2DR 216 粉塵監(jiān)測(cè)儀 粉塵監(jiān)測(cè)儀為單光程透射型光學(xué)測(cè)塵儀，測(cè)定原理是朗伯比爾定律。 當(dāng)一束單色光（例如激光束）穿過(guò)含有顆粒物的氣體時(shí)，光束的強(qiáng)度會(huì)因顆粒物對(duì)光的吸收及散射而衰減。入射光強(qiáng)的衰減程度符合朗伯比爾（ Lambert-Beer）定律 。當(dāng)一束光通過(guò)含有顆粒物的煙氣時(shí)，其光強(qiáng)因煙氣中顆粒物對(duì)光的吸收和散射作用而減弱。由不透光度儀測(cè)定參比光強(qiáng) IO 和光速通過(guò)煙氣后的光強(qiáng) I，由 I/IO 的比值，即光穿過(guò)介質(zhì)的透過(guò)率定量煙氣中顆粒物的濃度。該監(jiān)測(cè)儀可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)校零、校標(biāo)。使系統(tǒng)的測(cè)量精度進(jìn)一步提高，得出的數(shù)據(jù)最為可靠。 DR 216 粉塵監(jiān)測(cè)儀的發(fā)射 /接收裝置由感光頭（包括光源、檢測(cè)器、光學(xué)配件）、校驗(yàn)透鏡、控制 /測(cè)量的電氣回路組成；其光源采用高能二極管，發(fā)射波長(zhǎng) 637nm 的可見(jiàn)光，頻率為 600Hz；有 2 種校準(zhǔn)方法，即基本校準(zhǔn)法和正常校準(zhǔn)法?；拘?zhǔn)是在煙道清潔的情況下確定零不透明度，并設(shè)置儀表的增益常數(shù)。該校準(zhǔn)在出廠前完成。正常校準(zhǔn)的目的是檢測(cè)感光頭窗口的透光系數(shù)，從而確定 窗口的污染程度。該監(jiān)測(cè)儀的正常校準(zhǔn)可在線自動(dòng)進(jìn)行。 2.2.3 TF100 流量、溫度測(cè)定儀 TF100 流量、溫度測(cè)定儀是采用 CROSS-CORRELATION 技術(shù)來(lái)測(cè)量煙氣流速。它由 2 個(gè)變送器及信號(hào)處理器組成，每個(gè)變送器都配有 1 個(gè)寬帶紅外線監(jiān)測(cè)儀，將檢測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并送開(kāi)學(xué)發(fā)展技術(shù)慶祝 至信號(hào)處理器，零點(diǎn)及滿量程由處理器自動(dòng)校準(zhǔn)。 2.2.4 數(shù)據(jù)傳輸收集系統(tǒng) CEMS 的數(shù)據(jù)傳輸采集系統(tǒng)由串行數(shù)據(jù)線，中心控制單元（ CCU）、數(shù)據(jù)采集處理單元組成。利用串行數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)各分析儀之間安全、雙向的數(shù)據(jù)傳送。 CCU 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)男呐K，它提供各分析儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與 PC 機(jī)之間的數(shù)據(jù)接口。 PC 機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、存儲(chǔ)、圖形顯示、報(bào)表輸出、遠(yuǎn)程診斷等功能。 2.3.檢測(cè)結(jié)果及分析 數(shù)據(jù)處理按固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法（ HJ/T76-2001）進(jìn)行。 分別比較了 CEMS 法和參比方法 測(cè)定煙氣中顆粒物濃度、二氧化硫濃度、氮氧化物濃度的測(cè)試結(jié)果，相應(yīng)測(cè)試結(jié)果比較 見(jiàn)表 3、表 4 和表 5。 表 3 CEMS 法和參比方法測(cè)定煙氣中顆粒物 濃度 結(jié)果 比較 序號(hào) CEMS 顯示值（ mg/m3） 參比法（ mg/m3） 1 241 252 2 249 227 3 212 269 4 220 230 5 213 246 6 238 230 開(kāi)學(xué)發(fā)展技術(shù)慶祝 平均值 228.8 242.3 由表 3 可知，對(duì)顆粒物檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)準(zhǔn)確度為 5.6，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不超 15的要求。 表 4 CEMS 法和參比方法測(cè)定煙氣中 SO2 濃度 測(cè)試結(jié)果 比較 序號(hào) CEMS 顯示值（ mg/m3） 參比法（ mg/m3） 1 425 414 2 448 430 3 447 421 4 445 427 5 432 421 6 436 418 平均值 438.8 421.8 由表 4 數(shù)據(jù)可以看出 ， 用 CEMS 方法 對(duì) SO2 檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)準(zhǔn)確度為 4.1，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不超 15的要求。 表 5 CEMS 法和參比方法測(cè)定煙氣中 NOx 濃度 結(jié)果 比較 序號(hào) CEMS 顯示值（ mg/m3） 參比法（ mg/m3） 1 197 176 2 189 168 3 196 179 4 199 202 5 200 207 6 202 183 平均值 197.2 185.8 由表 5 可知，對(duì) NOx 檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)準(zhǔn)確度為 6.1，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不超 15的要求。 從對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看， CEMS 系統(tǒng)的要求技術(shù)性能指標(biāo)均符合固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法（ HJ/T76-2001）規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)要求。 華聚能源濟(jì)東分公司的 CEMS 安裝后進(jìn)行了 3 次調(diào)試，該系統(tǒng)開(kāi)學(xué)發(fā)展技術(shù)慶祝 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的 SO2、 NOx 數(shù)據(jù)與電廠用便攜式測(cè)量?jī)x測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)下表 6。 表 6 CEMS 測(cè)試系統(tǒng)和電廠便攜式測(cè)量?jī)x測(cè)試數(shù)據(jù)比較 項(xiàng)目 便攜式測(cè)量?jī)x（ mg/m3） CEMS（ mg/m3） 相對(duì)誤差（） SO2 1026.14 977.85 4.70 1049.37 1009.32 3.80 1078.45 1123.65 4.20 NOx 567.93 539.74 4.96 539.83 562.29 4.1 534.31 507.59 5.00 由表 6 比較可以看出， CEMS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性