超低排放改造機(jī)組CEMS現(xiàn)狀分析與改進(jìn)措施

汪 鑫

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 華東分公司， 安徽 合肥 230031)

超低排放改造機(jī)組CEMS現(xiàn)狀分析與改進(jìn)措施

汪 鑫

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 華東分公司， 安徽 合肥 230031)

在《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》與GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》施行的背景下，超低排放技術(shù)被廣泛運用，隨之帶來的是CEMS測量準(zhǔn)度與精度不能滿足超低排放技術(shù)的需求，文章從CEMS測點代表性與顆粒物監(jiān)測準(zhǔn)確性兩個方面結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)來說明CEMS改進(jìn)的必要性和措施。

CEMS；超低排放；測點代表性；顆粒物

1 CEMS簡介

CEMS(continuous emission monitoring system), 是指對大氣污染源排放的氣態(tài)污染物和顆粒物進(jìn)行濃度和排放總量連續(xù)監(jiān)測并將信息實時傳輸?shù)街鞴懿块T的裝置，被稱為“煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)”，亦稱“煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)”或“煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)”。CEMS系統(tǒng)在火電行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，隨著《排污費征收使用管理條例》和新《火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的頒布，兩者均要求安裝CEMS，并規(guī)定CEMS數(shù)據(jù)作為執(zhí)法的依據(jù)。如今CEMS在火電行業(yè)中的安裝使用率達(dá)到90%，對于顆粒物污染物、氣態(tài)污染物、煙氣溫度、濕度、壓力等數(shù)據(jù)均可做到實時監(jiān)控，也極大的方便了環(huán)保部門的監(jiān)管和廠方的優(yōu)化運行管理。[1]

2 新政策下CEMS現(xiàn)狀分析

2014年國家發(fā)改委、環(huán)保部、國家能源局三部委聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》(以下簡稱《計劃》)，《計劃》中要求：東部地區(qū)新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，中部地區(qū)新建機(jī)組原則上接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，鼓勵西部地區(qū)新建機(jī)組接近或達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值?！队媱潯芬蟮娜济簷C(jī)組排放限值相對于GB13223-2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中排放限值要求更加嚴(yán)格，燃煤電廠超低排放技術(shù)改造已成大勢所趨，各種先進(jìn)技術(shù)層出不窮，各電廠改造捷報頻傳。

改造成績是可喜的但是新技術(shù)對CEMS設(shè)備帶來的問題也十分明顯。很多電廠CEMS測點不具有代表性，脫硝出口、脫硫進(jìn)口、脫硫出口NOx濃度發(fā)生了不符合邏輯，甚至倒掛的現(xiàn)象。另外低排放限值對于現(xiàn)有CEMS設(shè)備測量精度和準(zhǔn)度要求十分嚴(yán)格，研究指出，現(xiàn)有燃煤電廠CEMS測量技術(shù)的誤差限，特別是對低濃度顆粒物(超低排放要求顆粒物排放限值為5mg/Nm3)測量的誤差限，原有的CEMS設(shè)備難以滿足超低排放下的顆粒物排放監(jiān)測及監(jiān)督。以下對CEMS存在的測點代表性與顆粒物監(jiān)測準(zhǔn)確性兩個比較常見問題作出分析。

3 CEMS測點代表性

CEMS測點是否具有代表性，是否能反映整個煙道的真實情況，事關(guān)運行人員對設(shè)備的實時調(diào)整，在燃煤電廠中普遍存在著脫硝出口、脫硫入口、脫硫出口之間的NOx濃度關(guān)系不符合邏輯，偏差大。有部分電廠由于急于投運脫硝裝置以盡快拿到脫硝電價，所以脫硝入口氣流均布裝置沒有來得及完善，脫硝廠家在168后幾乎沒有進(jìn)行噴氨裝置優(yōu)化，導(dǎo)致脫硝出口NOx濃度分布極其不均勻。以A廠為例，A廠2號機(jī)組脫硝出口NOx測點位于煙道側(cè)面，測點探桿深入煙道的長度大概為1.0m，表1、表2分別為脫硝A、B側(cè)CEMS顯示NOx值與每個測孔參比值的比較。

表1 脫硝A側(cè)出口煙道NOx比對(單位mg/Nm3)

表2 脫硝B側(cè)出口煙道NOx比對(單位mg/Nm3)

由表1、表2可以看出，A、B側(cè)NOx濃度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(CV)分別為26.4%、41.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計值的15%，說明NOx濃度場分布極其不均勻。脫硝A、B側(cè)出口CEMS顯示值與參比值平均值差距較大，CEMS測點不具有代表性，不能反應(yīng)煙道的真實情況，為了讓煙囪入口NOx濃度控制在50mg/Nm3以下，運行人員只能通過煙囪入口CEMS值或經(jīng)驗來間接調(diào)節(jié)脫硝裝置的噴氨量，這樣易造成某一側(cè)還原劑的過量噴射、氨逃逸超標(biāo)，甚至造成空預(yù)器的堵塞。

有的電廠CEMS測點由于空間場地的限制沒有遵守HJ/T 75-2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于固定污染源CEMS安裝位置要求，測定位置常常距離煙道彎頭和斷面急劇變化的部位過近，這些部位煙氣流場極其不穩(wěn)定，易發(fā)生湍流，導(dǎo)致此處NOx濃度分布極不均勻，此處作為CEMS測點的安裝位置無法反映整個煙道的真實情況，造成顯示結(jié)果失真。

對于CEMS測點不具有代表性的問題，目前有兩種解決方案。一種是將CEMS采樣探頭移位至與煙道平均濃度接近的測孔(需通過全面摸底測試找到最適合的測孔)，并加長采樣探頭長度，防止因測孔氣密性問題帶來的數(shù)據(jù)失真。此種方案投入成本較小，也較好操作，但是由于煙氣流場的不均勻性，在負(fù)荷、煤質(zhì)變化的情況下，能否持續(xù)的具有代表性還需再進(jìn)行相關(guān)實驗進(jìn)行驗證。另外一種方案是增加脫硝出口、脫硫入口NOx取樣探頭的數(shù)量，采用單側(cè)多探頭取平均值的方式，每個煙道分別安裝多套獨立的取樣系統(tǒng)。各采樣裝置和預(yù)處理裝置同時運行，功能完全獨立，每路獨立抽氣，供氣均勻，每路安裝均有流量計，以此來監(jiān)控每路氣流量狀態(tài)，處理后的氣體經(jīng)過集氣室混合后進(jìn)入分析儀。改造前需根據(jù)相關(guān)測試結(jié)果，重新選取CEMS探頭測點位置，移位到NOx含量能反映NOx平均值的測孔，以保證NOx測量的代表性和準(zhǔn)確性。[2]此方案能較準(zhǔn)確的反應(yīng)煙道的平均濃度值，缺點是增加采樣裝置，成本投入增大，維護(hù)量增大，而且采用此方案之前需咨詢當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門，需得到其認(rèn)可后再做改造。另外脫硝CEMS測點的問題還可以間接地通過進(jìn)行流場優(yōu)化試驗與噴氨優(yōu)化調(diào)整試驗來改變脫硝出口NOx濃度場的均勻性。

4 CEMS顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)的問題與改進(jìn)

4.1 CEMS顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)測量準(zhǔn)確性問題

目前電廠顆粒物CEMS測量手段主要是光散射法(占比約79.3%)和濁度法(占比約19.4%)，其測量誤差主要來自儀器的直接測量誤差、手工采樣進(jìn)行相關(guān)檢驗帶來的間接誤差，儀器無法按照規(guī)范定期校零、跨度帶來的漂移誤差等。特別在脫硫出口高濕度、低濃度、低溫度的條件下，原有CEMS顆粒物監(jiān)測設(shè)備易發(fā)生光學(xué)鏡片受到污染而造成煙塵超標(biāo)或不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。

目前適用于脫硫出口煙氣環(huán)境的顆粒物監(jiān)測新技術(shù)有動態(tài)濁度法、光后散射法、抽取式測量法[3]。

(1)動態(tài)濁度法。動態(tài)濁度法測量的結(jié)果是跨越煙道的線濃度，該方法的優(yōu)點是在光學(xué)鏡片被污染至90%的情況下仍可正常工作，減小了維護(hù)量，缺點是在線校驗比較困難，儀表的檢出限為2.5mg/Nm3，對于采用超低排放技術(shù)的機(jī)組還是捉襟見肘。

(2)光后散射法。光后散射法優(yōu)點是安裝與在線校驗很簡單，與煙氣實際顆粒物相關(guān)性高，儀表的檢出限為0.5mg/Nm3，缺點是對煙氣結(jié)露敏感，這也是所有光學(xué)監(jiān)測儀的共性。

(3)抽取式測量法。該法通過連續(xù)抽取濕煙氣加熱后送入光學(xué)室測量。該方法的優(yōu)點是在線校驗工作操作簡單，無需吹掃，煙氣濕度對測量結(jié)果無影響，檢出限為0.25mg/Nm3，缺點是儀表價格昂貴，儀器維護(hù)量也較大。

比較以上三種方法，抽取式測量法對低濃度、高濕度、低溫度環(huán)境有著良好的適用性。采用超低排放技術(shù)的機(jī)組推薦使用抽取式測量法儀表。

4.2 提高顆粒物人工監(jiān)測準(zhǔn)確度

根據(jù)HJ/T 75-2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)?shù)丨h(huán)保技術(shù)主管部門每年不定期地對煙氣CEMS技術(shù)性能指標(biāo)至少進(jìn)行一次比對監(jiān)測，《國家監(jiān)控企業(yè)污染源自動監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性審核辦法》中規(guī)定對國控企業(yè)污染源自動監(jiān)測設(shè)備日常運行每季度考核1次，考核內(nèi)容包括比對監(jiān)測、制度執(zhí)行情況以及設(shè)備運行情況檢查等?？己瞬缓细竦模瑖仄髽I(yè)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按責(zé)任環(huán)保部門的要求限期整改。

比對監(jiān)測作為數(shù)據(jù)有效性審核的手段，應(yīng)盡可能的提高比對監(jiān)測的準(zhǔn)確性，為電廠提供可靠的數(shù)據(jù)參考?，F(xiàn)今比對監(jiān)測顆粒物采樣使用的是玻璃纖維濾筒稱重法，通過計算采樣前后濾筒的重量差和采樣流量來得出煙氣中顆粒物的濃度。提高稱重法準(zhǔn)確度的關(guān)鍵是完善采樣、稱重過程中的細(xì)節(jié)，減少因濾筒損失或污染而帶來的誤差。

(1)濾筒在生產(chǎn)運輸過程中因顛簸擠壓造成濾筒表面內(nèi)壁破損或掉渣，使用前應(yīng)嚴(yán)格檢查每一支濾筒，用洗耳球吹掃掉渣，有破損的濾筒棄用，并將檢查合格后的濾筒每支用單獨塑封袋保存，防止二次掉渣。

(2)為了防止采樣槍結(jié)露污染濾筒，采樣槍裝載濾筒前應(yīng)對其充分預(yù)熱5～10分鐘。預(yù)熱過程中注意采樣嘴需與氣流方向相同，以免采樣槍吸入煙氣中的顆粒物。

(3)稱量過程應(yīng)嚴(yán)格按照恒重法原則。電力行業(yè)相關(guān)規(guī)定對恒重的定義：連續(xù)兩次烘干或灼燒后的質(zhì)量，其差值不超過±0.0004g。0.0004g的差值反映在顆粒物濃度計算中能造成1.3mg/Nm3左右的誤差，在超低排放顆粒物限值為5mg/Nm3的情況下，此等誤差對測試結(jié)果影響巨大，恒重法需嚴(yán)格執(zhí)行。

(4)有條件的情況下，推薦使用高溫伴熱采樣—濾膜整體稱重法的煙塵采樣儀進(jìn)行監(jiān)測，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。

5 結(jié)語

CEMS作為目前公認(rèn)的可以真實、實時統(tǒng)計電力環(huán)保數(shù)據(jù)的技術(shù)手段，必須在煤電升級改造潮中與時俱進(jìn)，不斷完善，做好環(huán)保部門的“千里眼”，更優(yōu)質(zhì)地服務(wù)于電廠。

[1] 王強(qiáng).煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)監(jiān)測技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2015.

[2] 王奇?zhèn)?600MW機(jī)組脫硝CEMS環(huán)保系統(tǒng)的優(yōu)化及實踐[J].安徽電力，2013(12).

[3] 李大鵬.CEMS設(shè)備在“近零排放”下的選型分析[C].燃煤電廠“超低排放”新技術(shù)交流研討會論文集，2014.

[責(zé)任編輯：程蓓]

Analysis and Improvement of CEMS in Ultra Low Emission Transformation Coal-Fired Power Plant

WANGXin

(ChinaDatangCorporationScienceandTechnologyResearchInstituteCo.,Ltd.EasternChinaBranch,Hefei230031,China)

Ultra low emission technology is widely used in the background of ″coal-fired power plant energy conservation and emission reduction upgrading and transformation plan″ and GB13223-2011 ″thermal power plant air pollutant emission standards″, at the same time, the degree and accuracy of CEMS measurement can not meet the demand of ultra low emission technology. This paper illustrates the necessity and measures of improving CEMS from two aspects on the behalf of CEMS measure point and the particulate matter monitoring accuracy.

CEMS; ultra low emission; behalf of measure point; particulate matter

2015- 06-10

汪 鑫(1987-)，男，安徽安慶人，大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華東分公司專業(yè)工程師。

TK223.27

A

1672-9706(2015)03- 0065- 04