火電廠超低排放改造脫硫CEMS系統(tǒng)的選型分析

許程

摘 要：隨著火電廠環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，火電廠超低排放技術(shù)被廣泛運(yùn)用，隨之帶來的是CEMS測(cè)量準(zhǔn)度與精度不能滿足超低排放技術(shù)的需求。該文即針對(duì)該種情況，著重介紹燃煤電廠超低排放濕法煙氣脫硫的煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)儀的選型分析。

關(guān)鍵詞：CEMS 超低排放 選型分析

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）07（c）-0041-02

目前有很多電廠已經(jīng)完成了超低排放改造，超低排放要求在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于5、35、50 mg/Nm3。火電廠原有的CEMS設(shè)備難以滿足超低排放改造后監(jiān)測(cè)及監(jiān)督要求，也需要進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)改造。該文即介紹火電廠超低排放改造脫硫CEMS的選型。

濕法脫硫入、出口CEMS一般設(shè)置SO2、O2、NOx、溫度、壓力、流量、煙塵、濕度等測(cè)點(diǎn)。

CEMS系統(tǒng)多采用直接抽取法和稀釋抽取法。SO2分析方法有：非分散紅外吸收法、紫外吸收法、稀釋紫外熒光法。其中以非分散紅外吸收法最多，它是一種基于氣體吸收理論的方法，紅外光源發(fā)出的紅外輻射經(jīng)過一定濃度待測(cè)的氣體吸收之后，與氣體濃度成正比的光譜強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，測(cè)量相關(guān)波段紅外線的衰減幅度即可測(cè)量相應(yīng)氣體的濃度。應(yīng)用該原理的分析儀有西門子ULTRAMAT 23，ABB公司的EL3020系列，日本HORIBA公司的ENDA-600，艾默生公司的X-STREAM，SICK MAIHAK的S710等。

紫外吸收法通過SO2對(duì)紫外特征光譜的吸收原理進(jìn)行測(cè)定，該方法國內(nèi)CEMS廠家采用較多，以杭州聚光的CEMS-2000為代表，另外國外ABB公司的EL3020分析儀等也有紫外分析模塊，其在國內(nèi)電廠中相對(duì)應(yīng)用較少。

稀釋紫外熒光法在稀釋抽取法中運(yùn)用較多。紫外熒光法是基于分子發(fā)射光譜法，主要有美國熱電子（Thermo Electron公司）的43I，日本HORIBA公司的APSA-370，上海華川環(huán)?？萍加邢薰镜拿绹鳤PI等。

NOx分析方法主要有：非分散性紅外吸收法（NDIR法）、紫外吸收法和稀釋-化學(xué)發(fā)光法等。非分散性紅外吸收法的分析原理及廠家品牌同SO2分析儀。

化學(xué)發(fā)光法測(cè)量NOX是根據(jù)NO和臭氧氣相發(fā)光反應(yīng)的原理制成的。把被測(cè)氣體連續(xù)抽入儀器，其中的NOX經(jīng)過NO2-NO轉(zhuǎn)化器后，都變成NO進(jìn)入反應(yīng)室，在反應(yīng)室內(nèi)與臭氧反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)NO2。當(dāng)激發(fā)態(tài)NO2回到基態(tài)時(shí)，就會(huì)放出光子，光子通過濾光片和光電倍增管后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏π盘?hào)，電流信號(hào)的大小與NO的濃度成正比。應(yīng)用該原理的主要有美國熱電子（Thermo Electron公司）的42I，日本HORIBA公司的APNA-370，上海華川環(huán)保科技有限公司使用的美國API等。

檢測(cè)O2大多采用電化學(xué)氧化鋯法或熱磁法測(cè)量煙氣中O2，也有采用電化學(xué)原電池法測(cè)量O2[1]。

隨著超低排放改造的逐步實(shí)施，火電廠原有的CEMS設(shè)備，尤其以非分散性紅外吸收法（NDIR法）分析原理的多組分分析儀為代表難以滿足超低排放下的排放監(jiān)測(cè)及監(jiān)督要求。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先是量程過大，尤其是超低排放出口的量程過大，其次是測(cè)量精度不夠。因此需要對(duì)原有CEMS系統(tǒng)進(jìn)行改造或更換。從CEMS分析原理來看，使用稀釋抽取法的CEMS分析儀，精度和量程都容易滿足超低排放的要求。譬如美國熱電子（Thermo Electron公司）的43I和日本HORIBA公司的APSA-370 SO2分析儀，其低量程都可以設(shè)置為0～100 mg/m3（可根據(jù)需求定制），檢出下限為0.01 mg/Nm3；美國熱電子的42I和日本HORIBA公司的APNA-370的NOx分析儀，其低量程可以設(shè)置為0～50 mg/m3（可根據(jù)需求定制），檢出下限為0.01 mg/Nm3，均可以滿足超低排放的要求。直接抽取法原理的CEMS設(shè)備則需要CEMS廠家進(jìn)行相應(yīng)的改造來達(dá)到超低排放的要求。以北京雪迪龍公司的SCS-900西門子ULTRAMAT 23為例。常規(guī)CEMS無法滿足“超低排放”低濃度氣體的準(zhǔn)確測(cè)量的原因?yàn)椴捎霉苈肺?，待測(cè)氣體溶于水等，造成待測(cè)氣體損失以及管路腐蝕嚴(yán)重。針對(duì)以上問題，對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用快速旁路，縮短樣氣在管路中停留時(shí)間，減少管路對(duì)待測(cè)氣體的吸附，采用滲透管脫水技術(shù)，待測(cè)氣體無損失。改造后該分析儀低量程可以設(shè)置為0～100 mg/m3，檢出下限亦能滿足超低排放要求。該產(chǎn)品在某電廠的超低排放改造中得到了很好的應(yīng)用，通過了環(huán)保部門的驗(yàn)收。

光散射法在火電廠粉塵測(cè)量中應(yīng)用較多。光散射法基于光散射原理，經(jīng)過調(diào)制的激光或紅外平行光束射向煙氣，煙氣中的煙塵將入射光向所有方向散射，經(jīng)煙塵散射的光強(qiáng)在一定范圍內(nèi)與煙塵濃度成正比例，通過測(cè)量散射光強(qiáng)度來定量煙塵濃度。超低排放改造后該方法在脫硫入口仍然適用，但不適用于脫硫出口，因?yàn)槊摿虺隹跓煔庵兴趾勘容^大，且粉塵含量較低。超低排放中對(duì)于脫硫出口粉塵的測(cè)量采用抽取法，系統(tǒng)通過等速取樣裝置從煙道中連續(xù)抽取代表性煙氣，加熱到結(jié)露點(diǎn)溫度以上使水滴蒸發(fā)，然后測(cè)量干煙氣條件下的顆粒物濃度。該類型粉塵儀通常采用窄角度前散色測(cè)量方式，使顆粒物類型和折射率變化的影響最小化。此類型粉塵儀常用的產(chǎn)品有英國PCME STACK 181WS，德國杜拉革DURAG D-820F，德國福德世的PFM06ED，中國安榮信的LFS1000—MO，這些粉塵儀的低量程為0～15 mg/m3，均可滿足超低排放的要求。

煙氣流量的測(cè)量也是CEMS測(cè)量中的一個(gè)難點(diǎn)，主要是煙氣管道的管徑大，前后直管道短，測(cè)量裝置容易堵塞。根據(jù)環(huán)保部相關(guān)文件：對(duì)普遍存在的煙氣流速（流量）測(cè)量不準(zhǔn)等問題應(yīng)按技術(shù)規(guī)范要求調(diào)整采樣點(diǎn)位，不具備調(diào)整條件的，換裝矩陣式流速儀等新型設(shè)備[2]。目前在超低排放改造工程中，大部分電廠采用矩陣式流量計(jì)測(cè)量煙氣流量。矩陣式流量計(jì)是基于類孔板原理，在煙道截面上采用等截面多點(diǎn)測(cè)量，根據(jù)各測(cè)量截面尺寸的大小、直管段長短等因素確定測(cè)量點(diǎn)數(shù)，將許多個(gè)測(cè)量點(diǎn)等截面有機(jī)地組裝在一起，正壓側(cè)與正壓側(cè)相連，負(fù)壓側(cè)與負(fù)壓側(cè)相連，正、負(fù)壓側(cè)各引出一根總的引壓管，分別與差壓變送器的正、負(fù)端相連，測(cè)得截面的平均速度，然后計(jì)算出煙氣流量。矩陣式流量計(jì)的主要廠家有南京益彩、南京友智等，在國內(nèi)火電廠均有較多的應(yīng)用。

超低排放改造后CEMS系統(tǒng)中O2、溫度、壓力、濕度等設(shè)備的選型與超低改造前的基本一致，該文不再詳述。

由于CEMS設(shè)備選型決定了火電廠的運(yùn)行質(zhì)量，超低排放改造對(duì)火電廠CEMS系統(tǒng)提出了更高的要求，深入比較和分析CEMS測(cè)量技術(shù)對(duì)于設(shè)計(jì)、選型和應(yīng)用具有較大的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟曉光.燃煤電廠超低排放濕法煙氣脫硫系統(tǒng)CEMS系統(tǒng)的選型及應(yīng)用[J].科技傳播，2016（14）：236-237.

[2] 環(huán)保部.關(guān)于加強(qiáng)“十二五”主要污染物總量減排監(jiān)測(cè)體系建設(shè)運(yùn)行情況考核工作的通知，環(huán)發(fā)〔2013〕98號(hào)[Z].2013.