火电厂超低排放烟气监测CEMS应用

火电厂超低排放烟气监测 CEMS应用

杨超

大唐清苑热电有限公司 河北省保定市 071000

摘要：大部分火电厂以燃煤发电为主， 由于煤炭燃烧过程的不充分会产生大量的污染物， 这些污染物通常以烟气的形式排放到大气中，引起空气质量污染。应用超低排放烟气监测系统可以在一定程度上实现火电厂的治污减排，其中CEMS是完成超低排放烟气监测任务的重要设备。目前，社会对大气污染的防治力度越来越大，使得火电厂烟气污染物的排放限值不断升级，因此，加大CEMS系统的研究与应用，以适应社会大众会环保的诉求，对于火电厂的可持续发展有着重大的现实意义。

关键词：火电厂；超低排放；烟气监测

1、CEMS系统工作原理

CEMS（烟气连续监测系统）用于连续自动监测固定污染源的污染物排放浓度。将仪器安装在污染源上，实时测量监测污染物的排放浓度和排放量，同时，将监测的数据传送到环保监控中心。该系统主要包括了4个子系统，分别是气态污染物监测系统、颗粒污染物监测系统、烟气排放参数测量系统、系统控制及数据采集系统。每一个子系统都有多种监测测量技术，技术不同，工作原理和过程不同。下面将以气态污染物和颗粒污染物的监测为例，选择一种方法作为代表进行分析。气态污染物的监测采样方式有，抽取采样法和直接测量法，国内电厂主要使用直接测量法。直接测量法又分为点测量和线测量两种。点测量是将传感器安装在探头端部，探头直接插入烟道，使用电化学或光电传感器來测量较小范围内的污染物浓度。线测量是将传感器和探头直接安装在烟道或者烟囱上，再利用光谱分析技术或者是激光技术来对被测物进行长距离直线型的在线测量。该项技术主要基于光谱学和光学，在CEMS系统中的使用占率约为10%。颗粒污染物的监测中的方法有浊度法和光散射法，光散射法是国内主要使用的方法，光学部分包括激光光源、功率控制、光电传感、散射光接收部分。原理是激光器发出的650nm束以一个微小的角度射入排放源，激光束与烟尘粒子作用产生散射光，背向散射光通过接受系统进入传感器转变成电信号进行处理。

2、CEMS系统的构成

2.1气态污染物监测系统

2.1.1烟气预处理

冷干法和热湿法对经由CEMS设备采样的烟气进行预处理的主要方法。其中冷干法的处理程序为：先通过过滤除湿将采样烟气保持干燥，进而完成分析。大部分火电厂的CEMS设备气态污染物监测系统都是使用冷干法对采样烟气进程处理。而热湿法的处理程序为：采样烟气没有通过冷凝除湿，直接在湿烟气状态完成分析，然后再对烟气中水分含量进行测定， 对分析结果展开必要的修正，热湿法通常用于一些特定污染物的测定。

2.1.2烟气组分分析

气体分析仪是气态污染物监测系统中重要子系统，主要由辐射光源、测定气室、测量电路组成，常用的分析仪有红外分析仪和紫外分析仪。红外分析仪对采样烟气的要求标准较低，只要烟气保持干燥清洁即可，具有广泛的适用范围。紫外分析仪对水分的抗干扰能力较强，是热湿法处理的常用分析仪。此外，不管是紫外分析仪亦或是红外分析仪，两者都要对样品进行过滤除尘的处理，减少监测误差。非分散红外法的吸收光谱最大，能够测量高浓度的烟气，并且可以同时进行多种组份的测量，适用范围很广。综合不同烟气预处理方式和烟气组

分分析方式的优劣势，火电厂CEMS气态污染物监测系统应当推行适用冷干直接抽取式+非分散红外分析仪的测量方式。

2.2颗粒物监测系统

CEMS系统在监测烟气排放物中的颗粒物排放浓度和排放总量时，往往要依赖该系统进行。具体来说，利用对烟气的浊度进行测定从而计算出相应的烟尘浓度，完成颗粒物监测。常用的烟尘测定方法有：光透射法和光散射法。其中光透射发依靠原位式透射式烟尘仪来完成，该设备的结构相对简单，测量的面积很大，然而容易受到振动、水雾、风等不可抗力的意外因素干扰，稳定性不好，从而导致光学窗口污染后测量存在较大误差，得安装相应的自动吹扫装置。如果所排放的烟气具有湿度较高的现象，则要使用抽取式测量，采样时要对烟道中的烟气进行连续等速的抽取，确保监测数据的准确度。

2.3 烟气辅助参数监测系统

烟气污染物的参数会通过CEMS监测数据来进行体现。常规烟气参数有温度、压力、湿度、流量、酸碱度等，CEMS设备中的烟气辅助参数监测系统会这些烟气参数进行监测分析，从而得出标况下的干烟气流量，进而确定烟气污染物实时排放浓度和排放总量，用于判断烟气的排放是否超过国家限值。

3、CEMS研究与应用

3.1 对冷干直抽法CEMS的研究

作为火电厂超低排放监测系统冷干直抽法CEMS的主要功能是去除烟气中的水蒸气，现阶段普遍使用的是冷却除湿法。冷却除湿法要求在短时间内将水蒸气冷凝，以避免烟气和冷凝水接触(但其机理导致了冷凝水和S02必然会发生接触)。为防止冷凝水结冰，其冷凝温度通常维持在3～5℃，冷却除湿法的主要形式为电子制冷和压缩机制冷。冷干直抽法CEMS预处理系统的最重要目的就是除湿。烟气在冷凝时会产生冷凝水(一般热电厂的水含量为8～15％)。但如果伴热管线加热效果下降，有冷凝水析出：或冷凝器制冷效果不理想，样气中的水份没有被分离而析出；或冷却仪的冷凝水蠕动泵管老化，使得冷凝水不能及时排出而被样气携带进入后续管道或仪器；再者在低温情况下(冷凝器中)，SO2的溶解度升高，低量程的SO2会溶解入冷凝水而导致监测分析数据变小，或者为零。

3.2 应用改进

面对在高湿、低量程势必发生SO2溶入冷凝水的问题，现价段存在两种方法可以予以避免或控制。①加注磷酸法，源自德国的烟气在线监测预处理系统供应商考虑采用在整个伴热管线或在冷凝器中加注磷酸的方法来控制NO及SO2<900mg>范围内SO2在冷凝水中的溶解问题。机理是通过磷酸在水中电离出的H+离子，阻止S02与水发生化学反应进而生成H2SO3，最大程度确保只有最少量的SO2溶入冷凝水中。②Nafion干燥管除湿法，通过Nafion膜选择性气态除湿的方式来彻底解决冷凝水析出的问题，同时保留烟气中低量程的SO2、NOX和O2，确保分析的精度和准确性。由于Nafion干燥管没有机械运动部件，气态除湿且无冷凝水析出，因而与冷凝器相比具有突出的优越性。结合Nafion管的优点，并以冷干直取法CEMS预处理技术为基础， 美国博纯研发出了一种创新的样气预处理系统一 GASS6080，将取样、除尘、除油除酸雾、Nafion管气态除湿和酸性气态在线露点监测等技术有机的融合起来，进一步推动了冷干直抽法CEMS在火电厂“超低排放”的应用深度，同时加强了火电厂对CEMS研究与应用的信心。

结语：面对越发严峻的大气污染现象，火电厂实行超低排放烟气监测改革已经势在必行，是当前环保工作的重点。目前，很多火电厂已经引入CEMS系统，但是在应用CEMS监测设备时， 由于火电厂对该系统和电厂自身的工作要求缺乏必要的研究，使得CEMS设备与电厂的实际工况不相符，进而造成CEMS监测数据存在误差，影响到火电厂的治污减排工作。为此，火电厂要加大对CEMS的研究，不断提高CEMS的适应性和监测准确度，为火电厂的环保化建设保驾护航。

参考文献：

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[4]赵森.CEMS系统在火电厂应用和工程设计探讨[J].2022(6).