脱硫系统中CEMS的应用

倪德芬

(蓝天环保设备工程有限公司,浙江杭州310012)

脱硫系统中CEMS的应用

倪德芬

(蓝天环保设备工程有限公司,浙江杭州310012)

对浙江板桥纸业1#、2#炉脱硫系统中CEMS的改造进行分析,提出了CEMS的选型、安装及运行的解决方案。

脱硫系统;CEMS;改造

浙江板桥纸业有限公司3×65t/h污泥焚烧1#、2#炉烟气处理系统中的烟气连续监测系统(CEMS)是在2008年投运的,当时根据脱硫系统的需要只监测布袋出口SO2浓度。根据环境保护部办公厅环办 〔2009〕8号文件的规定,脱硫前后的测量参数及数据记录并不满足环保要求,因此在2009年进行了改造,改造后完全满足环保排放的要求并通过了验收。

1 增加CEMS系统测量参数

CEMS:即Continuous emission monitoring sys2 tems,为连续污染物排放监控系统。根据环保排放的要求,烟气CEMS由气态污染物CEMS和/或固态污染物CEMS、烟气参数测定子系统组成。通过采样方式和非采样方式,测定烟气中污染物浓度,同时测定烟气温度、烟气压力、流速或流量、烟气含水分量(或输入烟气含水分量)、烟气含氧量(或二氧化碳含量),并计算烟气污染物排放率、排放量。完整的系统组成如图1。

1.1 布袋出口增加测量参数

根据环保排放的要求,布袋出口即净烟气至少需测量SO2、NOX、O2、烟尘和流量等参数。原已安装1套完全抽取法测SO2系统,它由取样探头、反吹单元、样气预处理装置、分析仪器、PLC控制器、机柜、校准单元(标准气)等已组成一组成套系统,机柜安装在分析小屋内。它可以实现环保要求的自动在线标定,并且光学部件在机柜内,避免被腐蚀、污染,免维护周期长。被测气体经预处理系统处理后再进行测量,避免了烟道温度、压力、流量、粉尘变化对测量精度的影响。根据近1a的实践,运行情况良好,因此考虑保持现有系统。经咨询原分析仪供货厂家,可以采用在现有机柜内增加分析模块,增加NOX、O2、CO、CO2等组分的测量,其他可以保持不变,但烟尘的测量需要在烟道上增设。

烟尘浓度的测量用得最多的是光学方法。其原理分透明度测量和激光散射光测量两种。前者适合于较高浓度的测量,后者适合于低浓度的测量。根据实际排放的要求,烟尘测量范围在0～200mg/m3,质量下限是011mg/m3。因此,采用激光散射原理是最好的,其精度可以<011mg/m3。所以采用激光对穿法,在原布袋出口直管段烟道,尺寸2400×1800×6mm,材质Q235,完全可以满足安装要求。

1.2 脱硫塔入口增加测量参数

根据环保要求,脱硫除尘系统入口需要检测SO2、O2、尘、温度、压力等。测量原烟气污染物浓度,是为计算脱硫效率、投运率等,并用以检测脱硫设施的运行效率和管理水平,也直接关系到企业的形象和经济效益。因此在现有脱硫设施前需增设SO2浓度的检测。根据现场实际情况,由于场地受限,就近增设分析小屋非常困难,若采用抽取法测SO2系统,取样管须在60m以上。因管线过长影响实时性,并且容易堵塞,因此采用直接测量法安装。直接测量法是测量系统直接安装在测量点上,或采用较短的取样管线,它的优点是不改变气体组分,反应快;缺点是因安装于烟道内,相对取样法故障率和停表比例较高,维护工作量稍大。但目前开发的产品,已有成功运行的经验。因此,在脱硫塔入口加装了平台,增设杭州聚光OMA-3000紫外差分法SO2分析系统。它只需将仪表气和电源接至平台设备处,再将测量信号接入至PLC或DCS采集系统即可。

2 增加数据存储系统

根据环保要求的规定,历史监测数据至少须保存半年。由于有两台炉前后各1套CEMS系统,数据量庞大,原有上位机的配置不能满足要求,因此增设了1台DELL 4G/500G大容量电脑。

因原有脱硫控制系统为西门子S7-300,DP总线结构,原设有2套操作员站,为了增加数据交换及存储,将系统改成以太网结构,增设的大容量电脑作为工程师站兼数据存储。由CEMS给出的信号,以4～20mA电流的浓度信号及开关量的运行状态信号直接接入PLC系统。

3 计算烟气排放量

根据已采集的烟气温度、压力、流速(或流量)、烟气含湿量、烟气含氧量等参数,还需按照环保法规定,折算为标准工况(温度为0℃(273K),压力为101325Pa)的干烟气来计算排放量。计算公式如下:

烟道测得的平均流速为V,则工况下的湿烟气流量Qs为:

式中:Qs—工况下湿烟气流量,m3/h;

V—测定断面的湿排气平均流速,m/s;

F—测定断面的面积,m2。

标准状态下干烟气流量Qsn为:

式中:Qsn—标准状态下干排烟气流量,m3/h;

Ba—大气压力,Pa;

Ps—烟气静压,Pa;

ts—烟气温度,℃;

Xsw—烟气中水分含量体积百分比,%

当测得烟气中氧的体积百分数为XO2时,过量空气系数α′为:

α′=21/(21-XO2)

此时颗粒物或气态污染物的折算排放浓度c的计算公式为:

c=c′×α’/α

式中:c′—标准状态下干烟气中颗粒物或气态污染物浓度,mg/m3;

α—有关排放标准中规定的过量空气系数。

此时标态下颗粒物或气态污染物的排放率G的计算公式为:

G=c′×Qsn×10-6

式中:G—颗粒物或气态污染物的排放率,kg/h;

Qsn—标准状态下干排烟气流量,m3/h。

由所得到的排放率与相应时间的累积即可得到总的污染物排放总量,即为CEMS总的排放量。由此,经过换算,得到脱硫效率、投运率、二氧化硫排放量等,生成各种符合国家相关标准的日、月、年报表,并监视现场设备的运行状况,保存在上位计算机中。

4 工程总结

(1)由于是改造工程,测点的选取及设备的布置都受到现场实际情况的限制。根据环保要求规定,测定位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位,测定点需设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍直径,和距上述部件上游方向不小于2倍直径处。当安装位置不能满足要求时,应尽可能选择气流稳定的断面,但测定点的前直管段长度必须大于测定点的后直管段长度。所以改造工程中,现场的平台、扶梯设置等工程量更大。如果在新建工程中,可以统筹考虑。

(2)在脱硫控制系统的选型上应尽可能采用DCS系统,或采用PLC的以太网结构。随着国家更严格的排放控制及企业对脱硫设备的管理需要,脱硫信息均需接入企业管理系统或接入互联网等,以太网可以接入广域网(WAN),他的冗余结构、交换技术等可以使数据的通信更便捷。

(3)在CEMS的实际使用中,还应该严格遵守运行维护规程,这是正常使用的关键。如果感觉数值不准确,就应重新校准及标定分析仪。在使用过程中,应定期检查过滤器、采样探头、管路等是否有结灰、冷凝水等情况,对某些部件,应定期更换。另外由于机组也可能阶段性采用高硫煤或其他焚烧物,CEMS的量程设置需及时做出调整。

5 结论

随着我国环保事业的发展,在脱硫系统中,应更严格地按照环保要求的规定设置CEMS系统,并应具有前瞻性和先进性,避免二次投资和改造,以满足环保排放的要求和取得良好的经济效益。

[1]HJ/T76-2001,固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检验方法[S].

Application of CEM S in Desulfurization System

N IDe2fen
(Lantian Environmental Engineering Co.,Ltd,Hangzhou Zhejiang 310012 China)

The reforms of CEMS(Continuous EmissionMonitoring System)in 1#and 2#desulfurization system in ZhejiangBanqiao Paper Co.Ltd are analyzed.The solvable scheme is put forward on how to select the right type and how to install and how to operate well.

desulfurization system;CEMS;refor m

X701

A

1673-9655(2010)05-0053-03

2010-06-10

倪德芬(1971-),女,工程师,主要研究方向为仪表及控制工程。