超低排放對(duì)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響

邵旻

(山東電力工程咨詢(xún)?cè)河邢薰?，?jì)南　250013)

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超低排放對(duì)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響

邵旻

(山東電力工程咨詢(xún)?cè)河邢薰?，?jì)南250013)

摘要：近年來(lái)，國(guó)家對(duì)燃煤電廠污染物排放的監(jiān)管越來(lái)越嚴(yán)格，電廠為達(dá)到超低排放而采用的技術(shù)會(huì)引起煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)設(shè)計(jì)方案發(fā)生變化。介紹了CEMS工作原理，結(jié)合雙塔串聯(lián)、雙塔雙循環(huán)、雙塔并聯(lián)等不同超低排放技術(shù)，分析了其對(duì)CEMS設(shè)計(jì)方案的影響，并對(duì)比了不同超低排放技術(shù)對(duì)CEMS儀表選型的影響。

關(guān)鍵詞：燃煤機(jī)組；超低排放；煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；高精度；濕式靜電除塵器

0引言

我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)無(wú)法根本改變，加之天然氣氣源短缺、大氣治理迫在眉睫的現(xiàn)實(shí)情況，作為燃煤大戶(hù)的火力發(fā)電廠，污染物排放水平是我國(guó)大氣污染控制的重點(diǎn)。燃煤電廠超低排放是指排放的SO2，NOx及煙塵質(zhì)量濃度達(dá)到或接近GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的以天然氣為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的大氣污染物排放限值。2014年9月12日，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、環(huán)保部和能源局聯(lián)合印發(fā)了《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020年)》(發(fā)改能源﹝2014﹞2093號(hào))，明確指出新建燃煤發(fā)電機(jī)組應(yīng)基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，即在基準(zhǔn)含氧量為6%的條件下，SO2，NOx及煙塵排放質(zhì)量濃度分別不高于35，50，10mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，下同)，東部部分地區(qū)新建或改造機(jī)組排放煙塵質(zhì)量濃度甚至要求達(dá)到5mg/m3以下。

1煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)簡(jiǎn)介

CEMS作為燃煤電廠煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)裝置，是監(jiān)測(cè)環(huán)保排放和檢測(cè)工藝過(guò)程的重要設(shè)備。CEMS由顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理子系統(tǒng)等組成，通過(guò)采樣和非采樣方式，測(cè)定煙氣中污染物的質(zhì)量濃度，同時(shí)測(cè)定煙氣溫度、壓力、流速或流量、含濕量、含氧量或CO2含量等參數(shù)，計(jì)算煙氣污染物質(zhì)量濃度、排放率和排放量，顯示和打印各種參數(shù)、圖表，并通過(guò)數(shù)據(jù)、圖文傳輸系統(tǒng)傳輸至固定污染源監(jiān)控系統(tǒng)[1]。

2超低排放技術(shù)

目前我國(guó)采用的超低排放技術(shù)主要有以下幾種：(1)鍋爐本體低NOx排放控制技術(shù)，如控制鍋爐燃燒方式、配風(fēng)方式、爐膛設(shè)計(jì)、采用高效低氮燃燒器等；(2)選擇性摧毀還原法(SCR)工藝控制NOx超低排放，如老機(jī)組的催化劑增效改造；(3)脫硫吸收塔工藝系統(tǒng)改造，有單塔雙循環(huán)、單塔托盤(pán)增效、單塔旋匯耦合+管束除塵、單塔雙區(qū)、沸騰式泡沫塔、雙塔雙循環(huán)、雙塔串聯(lián)、U型液柱塔等技術(shù)；(4)低低溫電除塵器技術(shù)；(5)超精細(xì)除霧器技術(shù)；(6)三級(jí)屋脊式除霧器技術(shù)；(7)濕式靜電除塵器技術(shù)。

技術(shù)(1)，(2)主要用來(lái)降低排放物中NOx的質(zhì)量濃度，技術(shù)(3)主要用來(lái)降低排放物中SO2的質(zhì)量濃度，技術(shù)(4)，(5)主要用來(lái)降低排放物中粉塵的質(zhì)量濃度。燃煤電廠根據(jù)燃燒煤種煤質(zhì)情況選用上述某一種或幾種技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)超低排放。

3超低排放技術(shù)對(duì)CEMS設(shè)計(jì)方案的影響

上述降低NOx排放質(zhì)量濃度的技術(shù)對(duì)CEMS的設(shè)計(jì)方案無(wú)影響，部分降低煙塵、SO2排放質(zhì)量濃度技術(shù)由于工藝系統(tǒng)流程的改變，會(huì)引起CEMS設(shè)計(jì)方案的變化。以下分析幾種典型的設(shè)計(jì)方案。

3.1雙塔串聯(lián)技術(shù)

雙塔串聯(lián)技術(shù)是近幾年在脫硫增容改造及超低排放技術(shù)研究過(guò)程中提出的一種新技術(shù)，典型工藝流程如圖1所示。大唐桂冠合山發(fā)電有限公司的#1，#2機(jī)組脫硫增容改造為國(guó)內(nèi)首次采用此技術(shù)，其設(shè)計(jì)及運(yùn)行方式相對(duì)不成熟，一級(jí)吸收塔出口未設(shè)計(jì)CEMS監(jiān)測(cè)儀表，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了一級(jí)吸收塔漿液氧化不足、無(wú)法脫水、脫硫效率降低、二級(jí)吸收塔液位不平衡及產(chǎn)出的石膏鈣硫比過(guò)高等問(wèn)題[2]。

圖1　雙塔串聯(lián)技術(shù)典型工藝流程

由圖1可知，煙氣經(jīng)過(guò)了2級(jí)吸收塔，一級(jí)吸收塔出來(lái)的煙氣，其溫度、壓力、SO2和煙塵質(zhì)量濃度等參數(shù)與原煙氣相比均發(fā)生了變化。由于2級(jí)吸收塔的主要功能有差別，需要分別控制每級(jí)吸收塔的脫硫效率，所以必須在2級(jí)吸收塔之間的煙道上設(shè)置1套CEMS，其測(cè)量參數(shù)既是一級(jí)吸收塔的出口參數(shù)，又是二級(jí)吸收塔的入口參數(shù)，用于吸收塔脫硫效率的計(jì)算。該方案與常規(guī)單塔單循環(huán)方案相比，每臺(tái)鍋爐需增加1套預(yù)處理CEMS。

3.2雙塔雙循環(huán)技術(shù)

雙塔雙循環(huán)技術(shù)[3]是雙塔串聯(lián)技術(shù)的一種優(yōu)化方案，解決了雙塔串聯(lián)技術(shù)中出現(xiàn)的物料不平衡的問(wèn)題，典型工藝流程如圖2所示。國(guó)電永福發(fā)電有限公司#3，#4機(jī)組脫硫提效改造以及華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠“上大壓小”2×600MW機(jī)組脫硫系統(tǒng)均采用此技術(shù)。

圖2　雙塔雙循環(huán)技術(shù)典型工藝流程

由圖2可知，雙塔雙循環(huán)主要工藝流程與雙塔串聯(lián)相似，只是在兩級(jí)吸收塔之間增加了石膏漿液返回泵及吸收段加料槽(AFT)旋流器至兩級(jí)吸收塔的漿液管道，實(shí)現(xiàn)了兩級(jí)吸收塔的液位平衡和漿液密度平衡控制，確保了石膏產(chǎn)品的品質(zhì)。該技術(shù)方案CEMS的設(shè)置與雙塔串聯(lián)技術(shù)方案相同，與常規(guī)單塔單循環(huán)方案相比，每臺(tái)鍋爐需增加1套預(yù)處理CEMS。

3.3雙塔并聯(lián)技術(shù)

雙塔并聯(lián)技術(shù)是在超低排放技術(shù)研究過(guò)程中提出的一種提高脫硫效率的新技術(shù)，典型工藝流程如圖3所示。勝電三期熱電工程和茌平信源鋁業(yè)有限公司700MW機(jī)組工程的脫硫系統(tǒng)均采用此技術(shù)。

圖3　雙塔并聯(lián)技術(shù)典型工藝流程

由圖3可知，鍋爐2臺(tái)引風(fēng)機(jī)來(lái)的煙氣分別進(jìn)入了A吸收塔和B吸收塔，2個(gè)吸收塔處理后的凈煙氣合并成1路進(jìn)入煙囪。由于原煙氣為獨(dú)立的2路，所以需要設(shè)置2套原煙氣CEMS。凈煙氣CEMS的設(shè)置在不同工程中有所不同，茌平信源工程設(shè)置在合并后的凈煙道上，勝電三期工程除了在合并后的凈煙道上設(shè)置1套外(向環(huán)保局傳送數(shù)據(jù)用)，還在圖3中的2處云線位置分別設(shè)置了1套。

根據(jù)上述2個(gè)工程現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，并聯(lián)的2個(gè)吸收塔煙氣進(jìn)口參數(shù)基本相同，吸收塔本體結(jié)構(gòu)及配置的漿液循環(huán)泵、石膏漿液排出泵、氧化風(fēng)量等相同，故2個(gè)吸收塔的脫硫效率及吸收塔出口煙氣參數(shù)也基本一致，另外，2個(gè)吸收塔并列運(yùn)行，不必單獨(dú)計(jì)算控制每個(gè)吸收塔的脫硫效率。從工程優(yōu)化及節(jié)約投資角度考慮，可只在合并后的凈煙道上設(shè)置1套凈煙氣CEMS，此套CEMS數(shù)據(jù)既作為脫硫效率計(jì)算控制用，又作為向環(huán)保局傳送排放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用。此種方案與常規(guī)單塔單循環(huán)方案相比，每臺(tái)鍋爐增加1套原煙氣CEMS。

3.4濕式靜電除塵器技術(shù)

為了達(dá)到煙塵質(zhì)量濃度排放值小于10mg/m3或5mg/m3的目標(biāo)，研究并提出了多種深度除塵技術(shù)方案，在脫硫吸收塔后設(shè)置濕式靜電除塵器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)濕除)是一種常用方案。該方案在吸收塔出口和煙囪之間加裝濕除，進(jìn)一步除去煙氣中的粉塵，典型工藝流程(吸收塔為單塔)如圖4所示。

表1　某公司提供的測(cè)塵儀參數(shù)

圖4　濕式靜電除塵器技術(shù)典型工藝流程

圖4所示濕除之前煙道上的云線位置是否需要設(shè)置1套CEMS，是工程中經(jīng)常討論的問(wèn)題。根據(jù)濕除的工作原理，其功能主要為脫除粉塵，可以兼顧去除煙氣中的霧滴和SO3氣溶膠微液滴[4-5]，對(duì)SO2和NOx等污染物無(wú)脫除作用。脫硫系統(tǒng)的脫硫效率是通過(guò)SO2參數(shù)計(jì)算反映的，濕除前、后SO2參數(shù)無(wú)變化，故脫硫效率計(jì)算使用濕除后的SO2參數(shù)即可，無(wú)需在吸收塔出口設(shè)置SO2分析儀表。對(duì)于濕除前是否設(shè)置測(cè)塵儀而言，首先，環(huán)評(píng)只關(guān)注對(duì)空排放的粉塵質(zhì)量濃度是否達(dá)標(biāo)，所指的除塵效率為綜合效率，而非單個(gè)設(shè)備，如濕除的除塵效率；其次，濕除除塵效率的考核一般通過(guò)性能試驗(yàn)進(jìn)行，留有性能試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)接口即可；另外，濕除進(jìn)、出口煙塵質(zhì)量濃度參數(shù)不參與濕除系統(tǒng)任何控制調(diào)節(jié)。綜上所述，無(wú)需在濕除進(jìn)、出口設(shè)置在線測(cè)塵儀，只需設(shè)置煙氣溫度、壓力測(cè)點(diǎn)。故設(shè)置濕除方案與無(wú)濕除方案相比，CEMS設(shè)置數(shù)量相同。

4超低排放技術(shù)對(duì)CEMS儀表選型的影響

從超低排放定義的目標(biāo)值可知，煙塵、SO2及NOx排放質(zhì)量濃度均比GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的燃煤鍋爐排放限值30，100，100mg/m3低很多。HJ/T76—2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法(試行)》規(guī)定顆粒物CEMS的測(cè)定范圍為:當(dāng)只設(shè)置1個(gè)測(cè)量擋時(shí)，最大測(cè)量值設(shè)置為高于排放源最大排放質(zhì)量濃度的1～2倍；當(dāng)設(shè)置多個(gè)測(cè)量擋時(shí)，最低擋測(cè)定范圍的上限應(yīng)不超過(guò)500mg/m3；當(dāng)ρB≤50mg/m3時(shí)，-15mg/m3≤δ≤15mg/m3；50mg/m3<ρB≤100mg/m3時(shí)，-25%≤ξ≤25%；100mg/m3<ρB≤200mg/m3時(shí)，-20%≤ξ≤20%；200mg/m3<ρB時(shí)，-15%≤ξ≤15%(ρB為顆粒物排放質(zhì)量濃度；δ為CEMS法與參比方法測(cè)定結(jié)果平均值的絕對(duì)誤差；ξ為CEMS法與參比方法測(cè)定結(jié)果平均值的相對(duì)誤差)。

4.1對(duì)煙塵質(zhì)量濃度分析儀選型的影響

(1)分析儀的量程上限需要由原來(lái)的100mg/m3或更高縮小為20mg/m3或15mg/m3甚至更低。

(2)分析儀的準(zhǔn)確度應(yīng)提高。雖然超低排放實(shí)施前、后煙塵質(zhì)量濃度限值均為ρB≤50mg/m3，準(zhǔn)確度均為-15mg/m3≤δ≤15mg/m3，但由于超低排放目標(biāo)值為≤10mg/m3或≤5mg/m3，所以其對(duì)應(yīng)的δ應(yīng)≤5mg/m3。HJ/T76—2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法(試行)》也正在修訂并公開(kāi)征求意見(jiàn)，要求改為ρB≤20mg/m3時(shí)，-5mg/m3≤δ≤5mg/m3。

(3)采用濕除的工程，經(jīng)過(guò)濕除后的煙氣處于低溫高濕狀態(tài)，粉塵含量又極低，水汽對(duì)粉塵質(zhì)量濃度的測(cè)量干擾很大，誤差會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果超過(guò)10mg/m3或5mg/m3的限值，普通測(cè)塵儀無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)量要求，需要選擇抽取加熱式測(cè)塵儀。

以國(guó)投新集電力利辛板集電廠(以下簡(jiǎn)稱(chēng)板集電廠)一期2×1 000MW工程為例對(duì)比測(cè)塵儀選型的不同，其脫硫工藝為單塔單循環(huán)，吸收塔后設(shè)置濕除，不同品牌配置的測(cè)塵儀參數(shù)見(jiàn)表1、表2。

4.2對(duì)氣體污染物分析儀選型的影響

HJ/T76—2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法(試行)》對(duì)氣態(tài)污染物CEMS的主要技術(shù)指標(biāo)，如線性誤差、相對(duì)準(zhǔn)確度等做了規(guī)定，但規(guī)定的指標(biāo)對(duì)超低排放技術(shù)實(shí)施前、后氣體分析儀表的選型無(wú)影響。

板集電廠CEMS招標(biāo)過(guò)程中，根據(jù)產(chǎn)品供應(yīng)商提供的信息，不同品牌的氣體分析儀產(chǎn)品受超低排放參數(shù)的影響不同。德國(guó)SICK產(chǎn)品在非超低排放參數(shù)下，可做成SO2/CO/NOx/O24組分分析儀，在超低排放參數(shù)下，只能做成2組分分析儀，而ABB公司的產(chǎn)品不論是否在超低排放下，均可以做成SO2/CO/NOx/O24組分分析儀。

表2　某公司提供的測(cè)塵儀參數(shù)

5結(jié)束語(yǔ)

不論新建還是現(xiàn)有的燃煤機(jī)組，最終均要實(shí)現(xiàn)大氣污染物超低排放。CEMS作為電廠污染物排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，合理的設(shè)計(jì)方案及分析儀表選型，對(duì)有效控制脫硫、脫硝效率具有舉足輕重的作用，確保向環(huán)保監(jiān)測(cè)站傳送排放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。CEMS設(shè)計(jì)方案及分析儀表選型是否合理需要通過(guò)工程實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)，并在工程應(yīng)用中不斷進(jìn)行優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉鶴忠,陶秋根.濕式電除塵器在工程中的應(yīng)用[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì),2012(3):43-47.

[4]趙鵬,陳勇,蹇浪.濕式靜電除塵器在火電廠中的應(yīng)用探討[J].能源與環(huán)境,2013(6):95-96,99.

(本文責(zé)編：弋洋)

收稿日期:2016-03-11；修回日期:2016-04-21

中圖分類(lèi)號(hào)：X773

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1951(2016)05-0064-04

作者簡(jiǎn)介：

邵旻(1981—)，女，山東菏澤人，工程師，理學(xué)碩士，從事發(fā)電廠熱工儀表及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的工作(E-mail:shaomin@sdepci.com)。