開學發(fā)展技術慶祝 煙氣連續(xù)排放自動監(jiān)控系統(tǒng)的應用 丁 卉 ， 孔凡新 ， 付叢偉 ， 賈美芹 ， 馬 彥 ， 孔國強 山東華聚能源濟東分公司 摘要 ： 本文結合華聚能源濟東分公司煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（ CEMS）的應用實例，著重介紹了 CEMS 的結構組成和使用情況。 關鍵詞： CEMS 在線檢測 二氧化硫 環(huán)保 1.1 前 言 目前，我國燃煤裝機電站占全國發(fā)電裝機總量的 74，發(fā)電量占全國發(fā)電量的 81以上，燃煤電廠排放的二氧化硫已接近全社會排放總量的 50。隨著煤炭轉換為電力比重的提高，這一比例將會進一步增大?；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 控制大氣污染的重中之重。 華聚能源濟東分公司 2000 年建成投產(chǎn)，是一家擁有兩臺裝機容量為 6000kWh 的抽凝式汽輪機組、三臺 35 /循環(huán)流化床鍋爐的熱電廠。所在地區(qū)濟東新村居住人口達 5 萬余人，居住面積約 30 萬平方米，周圍是廣闊的農(nóng)田。濟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)保設施為三臺靜電除塵器，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)測卻沒有任何措施和設施。燃煤造成的煤煙型污染使周圍的大氣質量難以達到良好環(huán)境空氣質量的標準，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，與日益開學發(fā)展技術慶祝 嚴格的環(huán)保要求發(fā)生了劇烈的矛盾， SO2 的治理工作已勢在必行。 1.2 國家制定的火電廠二氧化硫污染控制政策 針對火電廠二氧化硫的排放現(xiàn)狀，近年來，國家出臺了一系列的法規(guī)、政策。 2003 年 1 月國務院頒布了新的排污費征收使用管理條例，有關部委配套出臺了新的排污費征收標準管理辦法、排污費資金收繳使用管理辦法，同年 7 月 1 日，全國按新的標準和辦法征收和使用排污費，其中二氧化硫排污費由“兩控區(qū)”收費變?yōu)槿媸召M，且收費標準由 0.20 元 /Kg 分 3 年提高到 0.63 元 /Kg。為了進一步嚴格控制火電廠二氧化硫排放，國家環(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準。該標準已于2004 年 1 月 1 日正式實施?？梢灶A見，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。 1 從上述分析來看， 在火電廠裝設 煙氣連續(xù)排放檢測 系統(tǒng)（ CEMS-Continuous Emission Monitoring System）既是法定要求，已在國家行政管理、環(huán)境規(guī)劃、技術政策中明確體現(xiàn)，不僅是環(huán)保管理的需要，也是電力企業(yè)生產(chǎn)管理、競價上 網(wǎng)的需要，對企業(yè)、行業(yè)、政府管理科學化都將產(chǎn)生重要而深刻的影響。 2.1 華聚能源濟東分公司 CEMS 的組成 華聚能源濟東分公司為 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學發(fā)展技術慶祝 考慮系統(tǒng)性能指標應在滿足運行工況下實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運行。華聚能源濟東分公司選用德國 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 CO、 NOx、 SO2、濁度、煙氣流速和 O2，該套系統(tǒng)安裝于煙囪 30m 標高處。 2.2 華聚能源濟東分公司 CEMS 的組成和各部分工作原理 華聚能源濟東 分公司的 CEMS 由下列設備組成：（ 1） U23 系列多組分紅外氣體分析儀；（ 2） DR 216 型粉塵監(jiān)測儀；（ 3） TF100型流量、溫度測定儀；（ 4）數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。該套 CEMS 設備見表 2： 表 1 華聚能源濟東分公司 CEMS 設備 序號 設備名稱及部件 型號規(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 國產(chǎn) 1.2 采樣探頭（包括控 制器） 臺 1 德國 Buhler 1.3 SO2/NOX/O2 分析儀 U23 臺 1 德國西門子 1.4 儀器控制柜 （長 寬 高） 800 600 2100 套 1 德國威圖 1.5 預處理 套 1 德國 Buhler 1.6 系統(tǒng)反吹裝置（含空壓機、空氣凈化裝置） 套 1 德國 Buhler 2 測塵儀 DR 216 套 1 德國 Durag 3 流量、溫度儀 TF100 套 1 加拿大塞爾 瑟斯 4 壓力計 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 德國西門子 5.2 軟件 套 1 國產(chǎn) 開學發(fā)展技術慶祝 6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 套 1 6.1 計算機 P4/256M/40G 臺 1 國產(chǎn) 6.2 打印機 HP1010 臺 1 美國惠普 6.3 軟件 套 1 國產(chǎn) 7 標氣 8L 瓶 2 國產(chǎn) 2.2 各監(jiān)測儀及其工作原理 各監(jiān)測儀的測定原理不同，各項技術指標也各有差異。具體見表 2。 表 2 華聚能源濟東分公司 CEMS 設備的監(jiān)測儀組成及相關技術指標 功 能 煙氣監(jiān)測 SO2、 NOX 監(jiān)測 測定成分 粉 塵 SO2、 NOX 測定原理 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。 響應時間 10S 20S 準確度 系統(tǒng)誤差 5% 系統(tǒng)誤差 5% 監(jiān)測范圍 01000mg/m3 標況 SO2： 01000mg/m3 標況 NOX： 01000mg/m3 標況 最低監(jiān)測下限 1mg/m3 10mg/m3 零點漂移 2%(24 小時 ) 0.5mg/m3(24h)； 2%(168 小時 ) 滿量程漂移 5%(24 小時 ) 2.5 滿量程 /24h； 2.5%(168 小時 ) 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 ) 校準方式 自動校準方式 電源 AC220V 10% 50Hz 5% 主要接氣材質 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%；使用場所無嚴重腐蝕、易燃易爆氣體、塵埃、強電磁場干擾及震動。 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）光學單元。包括用于發(fā)射和接收紅開學發(fā)展技術慶祝 外光的紅外線發(fā)射器及接收器。（ 2）信號處理單元。處理 來自接收器的數(shù)據(jù)，提供 4 30mA 信號輸出及串行數(shù)據(jù)連接口，并對分析儀的工作狀態(tài)進行診斷。（ 3）校準單元。用于在線滿量程及零點校準。（ 4）供電單元。用于儀表供電及接點輸出。 該分析儀采用熱管抽取式紅外分析法對各種污染物進行測量。煙氣由采樣探頭抽取，由陶瓷過濾器濾除 2 以上的顆粒；為了防止樣氣中水分冷凝，溶解 SO2、 NOX 影響測量準確度，而對樣氣采取加熱處理，并由伴熱保溫導氣管進入主機柜。樣氣進入主機柜后，先進入煙氣預處理裝置將水分等從樣氣中分離出去，并使樣氣溫度適當降低，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)過一級細過濾徹底清除微塵的影響，得到比較純的樣氣，進入分析儀。 利用 SO2 分子、 NOX 分子分別在特定紅外區(qū)有強吸收的特性，對組分進行測量。同時利用化學傳感器測氧含量、利用 PT100 檢測煙溫、壓力傳感器測量煙道壓力、利用以上參數(shù)換算成標準狀況。用熱導式流量計測量煙氣流速。 U23 系列分析儀的特點：（ 1）用戶可根據(jù)需要最多選 4 個測量參數(shù)通道；（ 2）提供串行數(shù)據(jù)接口，通過 CCL 與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(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 種滾動平均值，時間范圍為 10s 30d；（ 5）信號處理單元的LED 可提供診斷、測量信息；（ 6）可自動校準零點。 開學發(fā)展技術慶祝 2.2.2DR 216 粉塵監(jiān)測儀 粉塵監(jiān)測儀為單光程透射型光學測塵儀，測定原理是朗伯比爾定律。 當一束單色光（例如激光束）穿過含有顆粒物的氣體時，光束的強度會因顆粒物對光的吸收及散射而衰減。入射光強的衰減程度符合朗伯比爾（ Lambert-Beer）定律 。當一束光通過含有顆粒物的煙氣時，其光強因煙氣中顆粒物對光的吸收和散射作用而減弱。由不透光度儀測定參比光強 IO 和光速通過煙氣后的光強 I，由 I/IO 的比值，即光穿過介質的透過率定量煙氣中顆粒物的濃度。該監(jiān)測儀可實現(xiàn)系統(tǒng)的自動校零、校標。使系統(tǒng)的測量精度進一步提高，得出的數(shù)據(jù)最為可靠。 DR 216 粉塵監(jiān)測儀的發(fā)射 /接收裝置由感光頭（包括光源、檢測器、光學配件）、校驗透鏡、控制 /測量的電氣回路組成；其光源采用高能二極管，發(fā)射波長 637nm 的可見光，頻率為 600Hz；有 2 種校準方法，即基本校準法和正常校準法?；拘适窃跓煹狼鍧嵉那闆r下確定零不透明度，并設置儀表的增益常數(shù)。該校準在出廠前完成。正常校準的目的是檢測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)測儀的正常校準可在線自動進行。 2.2.3 TF100 流量、溫度測定儀 TF100 流量、溫度測定儀是采用 CROSS-CORRELATION 技術來測量煙氣流速。它由 2 個變送器及信號處理器組成，每個變送器都配有 1 個寬帶紅外線監(jiān)測儀，將檢測到的光信號轉換為電壓信號并送開學發(fā)展技術慶祝 至信號處理器，零點及滿量程由處理器自動校準。 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)測數(shù)據(jù)與 PC 機之間的數(shù)據(jù)接口。 PC 機通過數(shù)據(jù)采集處理軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、計算、存儲、圖形顯示、報表輸出、遠程診斷等功能。 2.3.檢測結果及分析 數(shù)據(jù)處理按固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法（ HJ/T76-2001）進行。 分別比較了 CEMS 法和參比方法 測定煙氣中顆粒物濃度、二氧化硫濃度、氮氧化物濃度的測試結果，相應測試結果比較 見表 3、表 4 和表 5。 表 3 CEMS 法和參比方法測定煙氣中顆粒物 濃度 結果 比較 序號 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 開學發(fā)展技術慶祝 平均值 228.8 242.3 由表 3 可知，對顆粒物檢測結果的相對準確度為 5.6，符合標準規(guī)定的不超 15的要求。 表 4 CEMS 法和參比方法測定煙氣中 SO2 濃度 測試結果 比較 序號 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 SO2 檢測結果的相對準確度為 4.1，符合標準規(guī)定的不超 15的要求。 表 5 CEMS 法和參比方法測定煙氣中 NOx 濃度 結果 比較 序號 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 NOx 檢測結果的相對準確度為 6.1，符合標準規(guī)定的不超 15的要求。 從對比試驗結果來看， CEMS 系統(tǒng)的要求技術性能指標均符合固定污染源排放煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法（ HJ/T76-2001）規(guī)定的技術指標要求。 華聚能源濟東分公司的 CEMS 安裝后進行了 3 次調試，該系統(tǒng)開學發(fā)展技術慶祝 實時監(jiān)測的 SO2、 NOx 數(shù)據(jù)與電廠用便攜式測量儀測得的數(shù)據(jù)對比見下表 6。 表 6 CEMS 測試系統(tǒng)和電廠便攜式測量儀測試數(shù)據(jù)比較 項目 便攜式測量儀（ mg/m3） CEMS（ mg/m3） 相對誤差（） 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)的實時性