火电厂烟气排放连续监测系统的设计选型探讨

nullnull火电厂烟气排放连续监测系统的设计选型探讨 专业：热控室制作人：黄建龙目的目的通过对火电厂烟气排放连续监测系统（简称CEMS）的结构原理、设计选型和安装要求的介绍，提出了火电厂CEMS的选择及安装的建议，对火电厂CEMS设计选型相关方面进行探讨，为电厂设计选型招标提供借鉴。 0 引言 0 引言 随着社会经济生活的不断发展，越来越多的污染物质进入生态圈，给环境带来了越来越大的压力，并导致酸雨大范围发生、物种生存受到威胁、臭氧空洞不断扩大、全球温度变暖等生态危机不断出现。 根据《中华人民共和国大气污染防治法》规定，新建、扩建排放二氧化硫的火电厂和其他大中型企业，超过规定的污染物排放标准或者总量控制指标的，必须建设配套脱硫、除尘装置或者采取其他控制二氧化硫排放、除尘的措施。同时必须配置大气污染物排放自动监测仪器设备，并由相关环保部门纳入统一的监测网络。二十世纪七十年代一些发达国家就开始对烟气排放的二氧化硫进行监测，烟尘分析对于电厂烟气排放也是一个主要指标。另外已有研究表明，HNO3对酸雨的影响呈增长之势，因此，烟气脱硝是新上火电机组控制NOx排放的必然选择，也是国家环保政策的要求。近几年，除了采取控制二氧化硫排放、除尘措施外，我国也加大了脱硝的力度。 0 引言 0 引言 CEMS正是为了监测来自于火电厂、焚烧场等废气中的污染物，以利于进行排污总量控制（浓度控制）、有效进行排污收费 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 而建立的。CEMS可以有效实时地监测工艺过程或废气排放时的各种烟气参数，如烟尘、SO2、NOX、CO、O2等的浓度以及烟气排放量（速度）、 温度、压力等。 1 CEMS概述 1 CEMS概述 CEMS分别由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统组成（见图1）。气态污染物监测子系统主要用于监测气态污染物SO2、NOｘ等的浓度和排放总量;颗粒物监测子系统主要用来监测烟尘的浓度和排放总量;烟气参数监测子系统主要用来测量烟气流速、烟气温度、烟气压力、烟气含氧量、烟气湿度等,用于排放总量的积算和相关浓度的折算;数据采集处理与通讯子系统由数据采集器和计算机系统构成,实时采集各项参数,生成各浓度值对应的干基、湿基及折算浓度,生成日、月、年的累积排放量,完成丢失数据的补偿并将报表实时传输到主管部门。 CEMS示意图 CEMS示意图 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.1 气体污染物监测子系统2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.1 气体污染物监测子系统气体污染物监测子系统烟气的采样方法:有非抽取法和抽取法2种。非抽取法也称为现场连续监测法，分为点式连续监测法和通道式连续监测法。抽取法又分为直接抽取法和稀释抽取法。非抽取法是通过直接测量烟道中的烟气成分，测量室被封闭在烟道内的气流中，不需要抽取样气在烟道外进行分析。抽取法采样系统由烟气采样单元（包括采样探头和采样管线）、气体预处理单元、分析单元组成，抽取样气通常引至仪表间分析机柜中进行分析。以下就几种CEMS常用组合测量技术及其国内外主要产品比较如下： 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.1 气体污染物监测子系统2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.1 气体污染物监测子系统非抽取+红外或紫外吸收法，国外此类技术的早期产品出现在20世纪70年代末至80年代初,即将一束红外或紫外光直接照射到烟气上,在探头上开孔,烟气从中流过,利用ＳＯ2的特征吸收光谱进行测量。其技术简单,响应快,勿需抽气管线可直接实时测量湿基,缺点是探头易被烟尘堵塞,分析仪易污染;探头为开孔式,无法进行在线校标,精度差。90年代中期,以英国Procal公司为首,推出了封闭式产品,即用金属烧结材料将探头光路封闭,该材料在过滤掉烟尘的同时,气体渗透到光路中进行测量。这一由开口式向封闭式的改进使非抽取方式得以实现在线校标,同时解决了烟尘对SO2的测定干扰问题。封闭式探头对光路的防污染要求高,须使用清洁压缩空气吹扫技术和独特的结构设计排除烟尘和烟气对光路的污染。该技术在全球市场的占有率为5%,产品价格较低。国外有美国AIM公司的产品(红外法),国内如北京牡丹联友公司的产品HP 5000(紫外双波长)。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.1 气体污染物监测子系统2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.1 气体污染物监测子系统直接抽取+非分散红外吸收法，该技术出现于20世纪80年代中期,烟气经除尘除湿后,测量的为烟气干基,且克服了非抽取方式烟尘干扰的问题,但烟气除尘、除湿(采样管加热)等预处理维护工作复杂,抽气口易堵塞,采样管线是负压运行,稍有泄漏会影响测定结果。该技术在全球市场的占有率约为95%,产品价格适中。国外主要为日本岛津公司和英国XENTRA4900型产品,国内如北京北分麦哈克分析仪器有限公司的GXH 902及GXH9021M,其主机UNOR及MULTOR为德国MAIHAK公司制造,还有北京天融环保设备中心的产品(德国技术) 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.1 气体污染物监测子系统2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.1 气体污染物监测子系统稀释抽取+紫外荧光法，该技术出现于20世纪90年代初期,其技术特点是稀释采样降低样品露点温度,解决了烟气冷凝水问题,一般情况下勿需跟踪加热采样管线,并解决了采样探头的腐蚀与堵塞问题,连续工作时间长。采样管线在正压下工作,从而防止由于泄漏所引入的误差;经稀释的烟道气样品,可使气体浓度最大减少到1350,可用灵敏度高的环境监测仪器完成分析;由于湿度未从样品中消除,测定的为湿基。缺点是响应时间稍长(<3min);干燥压缩空气纯度要求高,除水除硫制备繁杂,成本高;紫外荧光分析仪须进口,价格昂贵。该技术在全球市场占有率约为85%,在美国高达90%。国外主要为美国热电子(Thermo Electron公司)环境仪器公司200型产品及法国环境仪器公司(ESA)的产品,国内如北京航天益来电子科技有限公司CYA 200型及深圳中兴新通讯设备有限公司的产品。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.2 颗粒物监测子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.2 颗粒物监测子系统 目前，常用的颗粒物监测采用的方法有：β射线法、光学不透明度法、光学后向散射法、激光测尘法。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.2 颗粒物监测子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.2 颗粒物监测子系统 β射线法，原理是β射线通过物质时强度被衰减,其衰减强度与物质的质量成正比。该法不受样品颜色大小及原子量影响,可直接测量烟尘质量浓度,与重量法相关性好。缺点是烟气中水气等其它气态物有干扰;采用β同位素源如封闭不好可能存在辐射;适于便携式直读或间歇式连续监测,不适合现场恶劣环境下长期在线连续监测。国外产品如法国ESA公司BETA5M型测尘仪,由内置的马达与流速调节阀组成的系统完成等速采样。国内北京怡孚兴业有限公司系引进法国ESA公司同型产品,北京地海天环境科技开发中心的BDY I与BDY II β传感器式烟尘测试仪。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.2 颗粒物监测子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.2 颗粒物监测子系统 光学不透明度法，该技术采用等速采样称重法测出烟尘质量浓度,再与同时测得的光学不透明度建立函数关系,一般为线性关系。该技术特点是量程宽,监测范围0～10ｇ/ｍ3任选,可连续实时在线监测。缺点是只能监测较大的烟尘颗粒,监测精度差;不同大小烟尘颗粒透光率不同,需作相关校准;镜面维护问题等。国外如澳大利亚GOYEN公司CPA1000型(扩散式光源),德国SICK公司FW56 1型(国内北京北分麦哈克分析仪器公司代理,红外光),国内如北京牡丹联友电子工程有限公司的HP 5000型(可见光)。需对穿开孔。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.2 颗粒物监测子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.2 颗粒物监测子系统 光学后向散射法，光源照射到烟道中,光束被烟尘颗粒散射,其散射光被与入射光成一定夹角的接收器接收,光强度与烟尘质量浓度符合朗伯 比尔定律。该法测量结果受烟尘颗粒颜色的影响较大,不大适用于煤种不稳定的工况测试;亦需作相关校准。产品如北京凯尔科技发展有限公司的BKS 3000型烟尘在线监测仪,其光源为红外线,测定范围0.005～10g/ ｍ3。无需对穿开孔。武汉市天虹智能仪表厂。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.2 颗粒物监测子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.2 颗粒物监测子系统 激光测尘法，使用激光测尘的光学法有激光反射法和激光对穿法。二法均成熟,稳定,可靠性强,使用寿命长,目前国外应用较多。激光反射法与烟尘颗粒颜色有关,要求煤种尽可能稳定。激光对穿法与重量法相关性好,稳定、灵敏、精度高,设备体积小,镜面维护量小。国外产品如美国热电子公司ＬＭ3188型激光测尘仪(激光对穿);法国ＯＬＤＨＡＭ公司的ＥＰ1000烟尘分析仪(反射法);德国ＳＩＣＫ公司的ＦＷ100含尘量监测仪(北分代理,反射法)。国内如北京航天益来电子科技有限公司的ＣＹＡ 200(激光对穿法);北京天融环保设备中心的ＴＲ系列设备(对穿法)。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.3 辅助参数测量子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.3 辅助参数测量子系统 烟气辅助参数主要包括流速、温度、压力、含氧量、湿度等,其中流速为首要测量参数，常用的流速测量方法有：皮托管法、热平衡法、超声波法。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.3 辅助参数测量子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.3 辅助参数测量子系统 皮托管法是烟气流速连续测量常用方法,该法与手工常规方法一致,缺点是易堵,需要不断吹扫。北京牡丹联友等公司产品为此技术。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.3 辅助参数测量子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.3 辅助参数测量子系统 热平衡法连续工作性能好,适用于烟尘污染严重的场合。能测量极低(0.1ｍ/ｓ)的流速,但测得的是质量流量,需用体积流量仪现场标定,再用比重系数修正。北京航天益来等公司产品用此技术。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.3 辅助参数测量子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.3 辅助参数测量子系统 超声波法的探头与气体流量方向成一定角度,声波沿不同方向传送的时间差与气体流速有关,从而进行气体流速测定。该法不受温度、压力、烟气成分变化影响,但产品价格较贵(如北分代理德国ＳＩＣＫ公司制造ＦＬＯＷＳＩＣ流速测定仪14万元/套)。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.3 辅助参数测量子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.3 辅助参数测量子系统 烟气温度测量仪表主要为热电偶或热电阻。烟气压力测量仪表采用压力变送器。烟气氧含量的测量仪表有：氧化锆分析仪、顺磁／热磁氧分析仪、电化学氧含量监测仪。烟气湿度测量方法有：红外吸收法、氧传感器连续测定方法、阻容法湿度传感器。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.4 数据采集处理与通讯子系统 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.4 数据采集处理与通讯子系统 数据采集处理与通讯子系统以微机为核心，主要功能: 数据采集:数据采集器定时采集各项参数,并生成各污染物浓度对应的干基、湿基及折算浓度。 数据处理:实时监测所采集到的数据量非常大,微机根据程序指令生成小时浓度均值及日、月、年的累积排放总量。在均值计算中,按设定方法剔除异常值。最后可根据需要制成各类报表或图形。自动控制:由微机控制实现监测仪器的定时开关、校零、校标,按一定时段处理数据,定时传输数据等。在微机运行程序中根据需要可编入各种指令,据此就能根据给定的各种定值与随时取得的各种信号值比较后的情况进行故障报警,延时,过压、欠压保护等自动控制。 通讯系统:烟气自动监控系统中各子站的微机负责数据的采集和处理或日常所需的数据,负责操纵各控制元器件的动作。中心站的微机负责监控并可干预各子站微机的运行情况,负责各子站数据的汇总、贮存及进一步生成。具有与市环保局、电厂环境监测站的Modem或GPRS数据通讯接口及与FGD_DCS的RS232/RS485串行数据通讯接口。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.5 设备选型应注意的问题 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.5 设备选型应注意的问题 目前各电厂安装的CEMS均由设备厂家全权负责，已安装的CEMS不能正常投运的重要原因之一是CEMS选型中存在着各种不完善之处，因此选型时应有针对性地从源头进行质量控制。 监测参数应实用、全面 。标准的监测参数主要有8个，包括3个污染物参数（SO2、NOx、烟尘），3个湿流量参数（流速、温度、压力），2个换算参数（换算干基的湿度、折算浓度的氧量）。CEMS系统至少应包括上述8个参数，但是在实际中，设备厂家为了降低成本，在实际投标中少一个或几个参数的情况时有发生，例如没有湿度测量装置而规定一个数值，甚至部分系统没有氧量测量装置而人为地输入一个值，这都不能真实反映烟气中实际污染物的浓度值。而有的系统又多增加设备以测量参数，如目前流量计大多都有测量烟气温度参数的功能，而在CEMS系统中又额外增加热电偶来测量温度，增加了设备投资。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.5 设备选型应注意的问题 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.5 设备选型应注意的问题 联锁保护及报警系统应完善。有的设备厂家为了能中标，在标 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 中将各种联锁保护功能加入很多，报警功能也很多，但在实施中根本未实现，或有些报警系统根本不需要。例如：当采样管线堵塞时样气流量降低造成采样泵负荷加大，系统在无低流量报警或有低流量报警而无停泵联锁时，泵长期在低流量下运行而损坏。 仪表量程及校准用标准气应根据实际情况选用。某些烟气分析仪表未结合实际选定量程。在已经安装CEMS的电厂，出现某些烟气分析仪表因SO2量程选择偏低而无法正常监测污染物浓度的问题，或某些分析仪表量程选择偏高，如对于某些CFB锅炉烟气中NOx浓度较低，一般为100 mg/m3（标准状态下）左右，而分析仪表选择的量程又偏大而造成监测精度不高。 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.5 设备选型应注意的问题 2 CEMS监测子系统介绍及设计选型 2.5 设备选型应注意的问题 对于校准用的标准气浓度，一般应选满量程的70%～100%，而部分电厂标准气浓度选择过低或过高。如选择过低则降低了系统值的准确性，过高时又根本无法用此标气进行标定。 系统监视画面及组态 。由于CEMS标准中并未对上位机中的监视画面做出具体、详细的规定，所以各个设备厂家设计的CEMS的画面水平差异很大。数据处理系统采用高级语言编程或采用组态软件，两种方式各有优劣：采用高级语言编程方式报表功能较强，但当系统配置变化时软件修改不方便;采用组态软件对配置变化后重新组态及修改非常方便,但对于相关标准要求的报表功能相当弱化。故应根据实际情况选择合适的方式。 通讯接口应能保证与当地环保部门互连。在电厂招标时还应注明：如CEMS与当地环保部门通讯需要专用通讯接口设备，该设备也属卖方供货范围并负责系统的调试、安装及验收工作，该专用通讯设备由卖方单独报价。CEMS侧的接口设备及通讯电缆由卖方提供。以免发生供货范围的纠纷。 3 CEMS安装设计 3 CEMS安装设计 在CEMS招标后，应结合厂家的相关资料和烟道布置情况进行设计，确定CEMS小间的尺寸和位置，合理布局。既要考虑CEMS小间与现场仪表之间的距离尽可能的短，又要考虑CEMS小间的布置对称，美观。CEMS小间与现场仪表之间的距离短，主要是从满足烟气采样相关要求和节约成本的角度出发，CEMS订货技术条件规定烟气采样管线长度不宜超过100米，如果采样取样管线太长，一对抽气有影响，二要增加投资。因伴热管线的价格较贵，应在招标时就确定管线的长度，并留有余量，CEMS订货技术条件规定不允许单个采样管线内部拼接。某电厂就因采样管线长度不足，只相差几米，无法安装，这根管线只能重新订货。此外，CEMS小间与现场仪表之间的距离短可以节约电缆的投资和电缆敷设的费用。 3 CEMS安装设计 3 CEMS安装设计 确定CEMS小间的尺寸和位置后，还要确定现场仪表的开孔尺寸和位置。热控专业应及时向工艺专业提出烟尘分析仪、烟气采样器、流量计或氧量计等安装要求，主要包括直管段、法兰尺寸、短管长度及安装间隔等。如对于烟气采样仪，当为水平烟道时，安装采样枪时应向下倾斜一定的角度，并顺向烟气流的方向。对于烟尘浊度仪，由于采用一条线处的浊度来代表整个采样断面的浊度，要根据烟道具体情况来确定。当烟道为垂直矩形烟道时安装要求较低；若烟道为水平烟道，则一定要考虑烟尘的自然沉降对测试带来的影响，一般根据经验选于烟道的中下部。 3 CEMS安装设计 3 CEMS安装设计 CEMS间内主要安装机柜、电源箱、上位机监视系统及标准气等。除安装位置外，采样管线的悬吊、电气接线、控制接线等也均应按相关标准进行，如某些电厂系统中的电源线与控制线布于同一根电缆内，这不仅会对控制信号产生干扰，还会带来较大的安全问题，这是严格禁止的。 4总结 4总结 烟气污染物在线监测系统提供了监测烟气中污染物的简便、有效的方法，在烟气脱硫系统中是不可缺少的环保设备，但目前已安装的CEMS大都不能正常投运。以上对CEMS的选型、安装设计等几个关键质量控制因素进行了经验性阐述，以减少CEMS运行故障，为系统良好运行打下基础。 null