韓玉珍

(晉控電力同達(dá)熱電山西有限公司，大同 037001)

0 引 言

在工業(yè)飛速發(fā)展下，人類的生存環(huán)境質(zhì)量逐漸變差，污染程度日益加劇，涉及到大氣、土壤、水源等多個(gè)方面，使人類賴以生存的空間受到嚴(yán)重威脅，環(huán)境污染現(xiàn)已受到世界關(guān)注。在電廠運(yùn)營(yíng)中，多采用煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)進(jìn)行污染物排放濃度監(jiān)測(cè)，將其設(shè)置在污染源上，便可實(shí)時(shí)采集污染物排放濃度與數(shù)量，并將數(shù)據(jù)信息傳遞給環(huán)保部門，為制定節(jié)能減排政策提供有力依據(jù)。

1 CEMS系統(tǒng)構(gòu)成

該系統(tǒng)根據(jù)安裝位置不同可分成兩個(gè)部分，一部分安裝在現(xiàn)場(chǎng)煙道或者煙囪設(shè)備，如粉塵儀、壓力測(cè)量?jī)x、溫濕度測(cè)量?jī)x等，另一部分設(shè)置在CEMS分析室內(nèi)，包括氣體分析儀主機(jī)、預(yù)處理系統(tǒng)、采集控制單元等。

1.1 氣體污染物分析單元

該單元包括取樣探頭，前端安裝過濾器，設(shè)置在煙道或者煙囪上；預(yù)處理單元包括制冷器、過濾器、取樣泵、反吹單元等內(nèi)容，適用于樣氣凈化、除濕、除塵等方面，安裝在相同的機(jī)柜中；氣體分析主機(jī)單元的作用在于污染物濃度分析，屬于CEMS內(nèi)的關(guān)鍵部件。該儀器可采用自動(dòng)診斷與標(biāo)定功能，通常要對(duì)SO2、O2和NOx等進(jìn)行檢測(cè)，可根據(jù)用戶實(shí)際需求合理選用[1]。

1.2 顆粒物濃度分析單元

該單元包括粉塵分析儀，作用在于檢測(cè)煙氣內(nèi)粉塵濃度，將其設(shè)置在煙道上，可對(duì)光的不透過率進(jìn)行測(cè)定，通常采用稱重法進(jìn)行儀器標(biāo)定，并轉(zhuǎn)換為濃度值；粉塵儀保護(hù)風(fēng)機(jī)，采用光學(xué)鏡頭進(jìn)行儀器保護(hù)，避免鏡頭受到污染。

1.3 煙氣指標(biāo)測(cè)量單元

該單元包含煙氣流量、壓力、溫濕度測(cè)量等方面。在流量測(cè)量中，多采用皮托管微差壓法，該法環(huán)保性能更強(qiáng)，且操作簡(jiǎn)便，應(yīng)用范圍較廣，但缺陷在于測(cè)量精度較弱，尤其是在低流速狀態(tài)下測(cè)量數(shù)據(jù)受限。超聲波法的安裝要求較為嚴(yán)格，經(jīng)濟(jì)成本較高；熱式法多在粉塵含量較高的場(chǎng)所使用，后續(xù)維護(hù)量較大，測(cè)量準(zhǔn)確度不高。在溫濕度測(cè)量中，多利用熱電阻Pt100進(jìn)行工業(yè)測(cè)量，濕度則采用電容法或者人工測(cè)量后，將結(jié)果輸入到CEMS系統(tǒng)內(nèi)。上述參數(shù)是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干煙氣流量，便于排放量計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)采集與處理單元

該單元包括數(shù)據(jù)采集和處理，在采集方面，多用工業(yè)常用的PLC控制系統(tǒng)，在穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢(shì)，還具備可編程功能，可使系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠，滿足智能化控制要求；PLC的聯(lián)網(wǎng)與通信功能使系統(tǒng)更加靈活。在數(shù)據(jù)處理方面，計(jì)算機(jī)對(duì)PLC采集信息進(jìn)行處理計(jì)算，繪制符合環(huán)保要求的報(bào)表，還可將相關(guān)信息傳遞到環(huán)保監(jiān)測(cè)中心，便于數(shù)據(jù)傳遞和存儲(chǔ)[2]。

2 CEMS系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 氣體污染物監(jiān)測(cè)技術(shù)

(1)稀釋取樣法。將除塵處理后的樣品經(jīng)過大量干燥純凈空氣按照特定比例進(jìn)行稀釋，一般是100～250倍，使樣氣露點(diǎn)溫度低于室溫，通常在-30 ℃以下，再利用微量分析儀進(jìn)行分析，將結(jié)果與稀釋比相乘后獲得檢測(cè)值。稀釋法利用臨界孔技術(shù)確保稀釋比，當(dāng)臨界孔兩側(cè)壓力比超過0.53時(shí)，流體經(jīng)過臨界孔的流速受到限制，因此流體經(jīng)過該孔時(shí)流量恒定，可確保稀釋氣壓力固定不變，所得的稀釋比同樣為恒定值；

(2)直接測(cè)量取樣法。將分析軟件直接設(shè)置在煙道上，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要管線，只需將一束光照射到煙道氣體內(nèi)，采用分子收光譜對(duì)若干波長(zhǎng)進(jìn)行吸收，根據(jù)波長(zhǎng)上的分子吸收系數(shù)差來確定分子含量。因利用多個(gè)波長(zhǎng)確定分子濃度，抗干擾性較強(qiáng)；缺陷在于設(shè)備工作環(huán)境惡劣，維護(hù)成本較高，光源壽命較短，且不支持在線校準(zhǔn)，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度較低，不適宜長(zhǎng)期使用；

(3)加熱管線法。采用加熱管對(duì)除塵后的煙氣保溫處理，使其不結(jié)露，采用除塵干燥裝置冷凝處理后，再運(yùn)送到分析儀上。該法因帶有脫水過程，煙氣內(nèi)濃度相對(duì)較低，且一些成分與水融合后不易測(cè)量，如NH3、HCl等，無法用于電廠的煙氣檢測(cè)。因此，該法多用于煙氣除塵效果良好的場(chǎng)合。

2.2 氣體流速測(cè)量技術(shù)

以超聲波法為例，采用超聲波順著煙氣流向已知的兩個(gè)點(diǎn)位，因傳輸時(shí)間不同，連續(xù)測(cè)定傳輸時(shí)間差可實(shí)現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測(cè)目標(biāo)，該法可取得理想的測(cè)量效果。在實(shí)際測(cè)量中，采用FLOWSIC-100UHA SSTi超聲波型流量計(jì)，以非接觸式測(cè)量，精度較高，還可獲得溫度值。將兩套超聲波發(fā)射器設(shè)置在煙道內(nèi)，煙氣流向夾角用a表示，當(dāng)氣體流向發(fā)生改變時(shí)，聲波傳輸時(shí)間也隨之而便。順著氣流的方向，傳播時(shí)間縮短，逆著氣流方向，傳播時(shí)間延長(zhǎng)。氣體流速可采取以下公式進(jìn)行計(jì)算，即：

Q=3 600×Vm×A

式中，A為煙道橫截面積；Q為煙氣體積流量；Vm為煙氣流速均值；L為超聲波在煙道內(nèi)的傳播路徑；a為煙氣流向夾角；Tv為順氣流方向的傳播時(shí)間；Tr為逆氣流方向的傳播時(shí)間。采用FLOWSIC100UHA SSTi超聲波型流量計(jì)進(jìn)行氣體流速測(cè)量時(shí)，主要根據(jù)超聲波在煙氣內(nèi)順流、逆流時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，與壓力、環(huán)境溫度與其他成分間的關(guān)系甚微，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度較高。超聲波發(fā)送器的探頭為SS316制造，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，系統(tǒng)無需反吹，操作簡(jiǎn)單便利[3]。

2.3 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

采用SMC-900型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在控制儀基礎(chǔ)上創(chuàng)建，主體為工控機(jī)，軟硬件功能較為強(qiáng)大。軟件功能包括利用濕度計(jì)算干氣濃度、利用壓力計(jì)算總排放量，編制實(shí)時(shí)報(bào)表，自動(dòng)生成月、日、年報(bào)表，發(fā)出聲光故障報(bào)警、通過數(shù)據(jù)通訊中斷向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)處理與表格類型與規(guī)定相符。此外，還可對(duì)氣體分析系統(tǒng)進(jìn)行反吹，校準(zhǔn)控制；對(duì)氣體濕度進(jìn)行聯(lián)鎖控制，展現(xiàn)CEMS流程圖，幫助運(yùn)維人員分析系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)，繪制趨勢(shì)圖，支持無線傳輸?shù)取?/p>

圖 CEMS系統(tǒng)框圖

3 CEMS系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用問題與解決措施

以某燃煤電廠為例，該電廠采用CEMS系統(tǒng)進(jìn)行煙氣排放情況檢測(cè)，但在實(shí)際應(yīng)用中，出現(xiàn)采樣系統(tǒng)反吹時(shí)間過長(zhǎng)、SO2測(cè)量值偏小等問題，對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用效能產(chǎn)生不良影響。要求維修人員到場(chǎng)檢驗(yàn)，并采取有效措施進(jìn)行解決。

3.1 采樣系統(tǒng)反吹時(shí)間過長(zhǎng)

一般情況下，CEMS-2000每間隔4 h對(duì)采樣系統(tǒng)進(jìn)行一次吹掃，每次吹掃約5 min。但該電廠2號(hào)原煙在運(yùn)行期間經(jīng)常出現(xiàn)吹掃時(shí)間過長(zhǎng)問題，有時(shí)吹掃時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1 h，導(dǎo)致系統(tǒng)長(zhǎng)期無法正常測(cè)量煙氣指數(shù)。在故障系統(tǒng)檢驗(yàn)后可知，因取樣管路不通暢導(dǎo)致氣壓較低。因取樣點(diǎn)與CEMS設(shè)備間的距離較遠(yuǎn)，施工人員為使外表美觀，將取樣管放入電纜槽內(nèi)，2號(hào)原煙取樣管因順著電纜槽盒的走向進(jìn)行敷設(shè)，取樣管長(zhǎng)度為120 m，中間由16處轉(zhuǎn)彎。受上述因素影響，3號(hào)原煙在使用3個(gè)月后便出現(xiàn)反復(fù)吹掃樣氣壓力不足等情況。對(duì)此，維修人員對(duì)取樣管進(jìn)行更換，并重新設(shè)計(jì)敷設(shè)路徑，再次開啟發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)恢復(fù)正常。針對(duì)上述問題可知，該系統(tǒng)取樣管在敷設(shè)期間，應(yīng)盡可能減少轉(zhuǎn)彎，通常整條管路的轉(zhuǎn)彎不要超過4處，總長(zhǎng)度控制在80 m以內(nèi)，最好用大功率射流泵來提高氧氣抽取能力，以免因壓力不足影響使用效果。

3.2 SO2測(cè)量值偏小

在CEMS系統(tǒng)運(yùn)行期間出現(xiàn)SO2測(cè)量值偏小情況，技術(shù)人員目測(cè)檢查光纖無異常，對(duì)光纖兩側(cè)鏡頭進(jìn)行擦拭后重組，發(fā)現(xiàn)SO2的測(cè)量值仍然過小。利用CEMS-2000維護(hù)軟件進(jìn)行光纖檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果顯示兩根光纖中的一根在100像素點(diǎn)光譜中的強(qiáng)度低于1 000，需要更換這一光纖。在換新后，發(fā)現(xiàn)相同條件下光譜強(qiáng)度能夠超過15 000，此時(shí)SO2測(cè)量值恢復(fù)正常。針對(duì)上述問題可知，因該系統(tǒng)利用紫外差分法進(jìn)行SO2濃度檢驗(yàn)，技術(shù)人員若單純采用目測(cè)只能對(duì)可見光透過情況進(jìn)行判斷，無法發(fā)現(xiàn)深層問題。對(duì)此，應(yīng)采用專用軟件檢驗(yàn)紫外光透過情況，依靠光譜圖判斷被測(cè)光纖是否符合標(biāo)準(zhǔn)，才可使CEMS系統(tǒng)真正恢復(fù)正常。

3.3 旁路CEMS取樣點(diǎn)選擇問題

本電廠內(nèi)3號(hào)與4號(hào)機(jī)組因受到施工環(huán)境的制約，旁路煙道在擋板后與FGD出口煙道沒有混合管段，按照HJ/T75-2007的相關(guān)規(guī)定，應(yīng)加設(shè)旁路CEMS。但施工部門將該套系統(tǒng)的取樣點(diǎn)設(shè)置在旁路擋板之前，在旁路擋板沒啟動(dòng)的情況下，旁路CEMS中的各參數(shù)與原煙幾乎沒有區(qū)別，導(dǎo)致環(huán)保與相關(guān)部門進(jìn)行核查時(shí)，均對(duì)旁路數(shù)據(jù)產(chǎn)生質(zhì)疑。針對(duì)這一問題進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)因兩個(gè)機(jī)組中旁路擋板安裝后，又安裝了一套事故噴淋系統(tǒng)，施工方認(rèn)為如若取樣點(diǎn)設(shè)在此處，在開啟噴淋設(shè)備時(shí)會(huì)使探頭受損。對(duì)此，電廠人員要求先停止使用噴淋系統(tǒng)，再將旁路取樣點(diǎn)轉(zhuǎn)移到擋板的后方。經(jīng)過上述改造后，旁路數(shù)據(jù)在旁路擋板閉合后與凈煙指數(shù)相近。在擋板開啟后，與原煙數(shù)據(jù)基本一致，通過旁路CEMS可將擋板開啟前后煙氣參數(shù)的變化準(zhǔn)確展現(xiàn)出來[4]。

3.4 凈煙安裝粉塵測(cè)量?jī)x問題

在1號(hào)與2號(hào)機(jī)組的凈煙粉塵投運(yùn)后，發(fā)現(xiàn)測(cè)量值經(jīng)常偏高。對(duì)此，技術(shù)人員將粉塵儀器拆卸下來，發(fā)現(xiàn)測(cè)量鏡頭被水污染，對(duì)透過率產(chǎn)生不良影響，使測(cè)量值偏大。在鏡頭清理完畢后，該項(xiàng)指標(biāo)恢復(fù)正常，但投入使用一周后，粉塵值又開始偏大。究其原因，因煙氣在FGD處理后濕度提升，相對(duì)濕度達(dá)到12%，粉塵測(cè)量設(shè)備長(zhǎng)期在高濕度煙氣內(nèi)使用，很容易導(dǎo)致鏡片污染，測(cè)量值偏高等情況產(chǎn)生。根據(jù)HJ/T75-2007中的相關(guān)規(guī)定可知，電廠采用濕法脫硫后沒有設(shè)置煙氣GGH的煙道受水分影響，顆粒物難以準(zhǔn)確測(cè)定濃度，將CEMS設(shè)置在脫硫裝置之前，可通過折算獲得凈煙粉塵濃度。因該廠沒有設(shè)置GGH，且上述規(guī)定可將兩個(gè)機(jī)組的凈煙粉塵儀器拆除，經(jīng)過對(duì)比換算，采用原煙粉塵含量對(duì)凈煙后粉塵濃度進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過上述優(yōu)化改造后，使粉塵測(cè)量值偏高的問題得到良好解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在工業(yè)飛速發(fā)展下，經(jīng)濟(jì)建設(shè)與生態(tài)環(huán)境間的矛盾日益突出，節(jié)能減排工作開展成為主流趨勢(shì)。在環(huán)保型社會(huì)背景下，電廠運(yùn)營(yíng)應(yīng)積極引入連續(xù)煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)各類有害氣體的排放情況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。為保障CEMS系統(tǒng)效能發(fā)揮，應(yīng)派遣專人以天、月、季為單位進(jìn)行維護(hù)檢修，避免和減少系統(tǒng)故障發(fā)生，確保監(jiān)測(cè)檢測(cè)準(zhǔn)確可靠，為企業(yè)脫硫和節(jié)能減排工作提供有力支持。