烟气连续监测CEMS系统在2×600MW火力发电湿法脱硫中的应用

毕学坤 ,苏 鹏,刘 洁,黄晓丽

(华电武乡和信发电有限公司,山西武乡046300)

1 引言

烟气连续监测系统(CEMS)是根据工业现场生产工艺控制的要求而设计、生产的,是为保证工艺系统的安全运行和对气体排放浓度监测而专门设计的监控装置,节能、环保、安全。CEMS可对排放物SO2、NO、CO 、CO2、O2等有毒有害气体及尘埃进行实时的监测,并且对流量、压力、温度、湿度等进行定量分析,通过数据采集智能终端(HighSpeedDigitalDataRecorder)组态软件进行统一的数据处理,并通过FPICEMS-2000-RM无线采集与传送终端对数据进行分析并实时的与当地环保局联网,实现环保局集散式的监控每个排污点的详细现场情况。

2 工程概况

华电集团武乡和信发电有限公司2×600MW空冷国产亚临界燃煤发电机组,采用武汉锅炉制造有限公司2080t/h亚临界燃煤锅炉,哈尔滨汽轮机厂亚临界一次中间再热单轴三缸四排汽直接空冷凝汽式汽轮机汽轮机和哈尔滨发电机三相两极同步发电机,水-氢-氢冷却,额定功率600MW,定额电压10kV,自并励静态励磁。设计煤种为武乡境内贫瘦煤,根据实际煤种情况,设计湿法脱硫,工程由北京博奇工程有限公司承建,山西和祥电力监理公司监理。烟气分析系统为上海华川环保监测仪器有限公司生产。在线数据监测上报系统为聚光科技(杭州)有限公司提供,能够确保系统全天24h不间断对环保数据进行无线网络传输。

3 烟气连续监测CEMS系统的应用

3.1 系统概述

整套系统包括探头取样系统、样气预处理系统、校准系统、PLC控制系统,气体分析仪,烟尘分析仪、氧量分析仪、DAS系统(数据采集和分析),GPRS远程通讯系统。脱硫整套控制系统为北京ABBDCS集散控制,数据显示及控制于中央控制室,就地配置烟气分析小间,分析仪表及采集仪表控制柜安装在小间内,于主控系统采用4-20mA硬接线联系,并同时通过数据采集智能终端(High SpeedDigitalDataRecorder)与环保监测实时系统柜通讯。

3.2 系统构成

CEMS烟气分析系统由柜内和柜外两大部分组成。分析柜分为脱硫入口分析柜和出口分析柜,安装在室内,柜外部分的电加热自动控温取样探头,安装在烟道上。系统加热探头抽取样气,经探头内置过滤器过滤大量烟尘。其加热温度不低于145℃,以防止冷凝。预处理单元:包括压缩机除湿器、耐腐抽气泵、气溶胶过滤器、反吹单元等。用于完成样气的净化、除尘、除湿。标准气从预处理前端通入,经过预处理系统,这样使样气和标准气以同样条件进入分析仪器,减少系统误差。气体取样设备在机柜内,样气首先经过制冷室除湿,然后进入第二个有固定露点的冷凝器,穿过气溶胶过滤器分离硫酸,通过湿度报警精细过滤器并检测冷凝器的故障,产生的辅助信号进入分析仪故障信号切断抽气泵。故障排除后泵自启动。气体分析仪能够同时有选择地测量多种组分的气体。系统可连续工作,正常情况下无须维护。

3.2.1 分析单元

多组份光谱分析仪测量NOx、SO2和O2,分析仪提供自动标定功能,该仪器可采用标准气体对仪器进行校准,各参数通道相互独立,稳定可靠。智能化程度高,和样气接触的红外气室可拆卸清洗,极大地降低了维护成本。

3.2.2 控制单元

PLC是CEMS系统的数据采集、控制单元。与常规的控制方式不同,PLC提供了更为丰富的功能和更高的可靠性、扩展能力。在CEMS系统中,PLC提供了各种模拟量数字量的输入、输出信号,并通过软件进行深度处理,其功能主要包括自动控制烟气抽取,并自动为分析仪提供分析样气;执行分析仪的零点和满量程校准;自动反吹和冷凝排放;显示CEMS系统状态(采样/校零/校跨/反吹);报警、计算、定义、扩展;与DAS系统通讯;多点测量时,控制气路切换、采样排序和采样周期。PLC提供了24h的记录接口系统,可以将加工过的数据传输给DAS,其控制指令通过DAS激活。PLC实现了分析系统智能化控制。系统内通常设有外控(自动)和内控(手动)两种程序,能自动进行取样分析、反吹、置换、温度控制、故障识别、报警输出等,与生产过程联锁,输出4-20mA成分量信号和报警控制等开关信号。

3.3 系统示意图

烟气成分连续监测系统工作原理,如图1所示系统的基本组成。

3.4 系统方案

粉尘监测系统主要由收发单元、反射单元、控制单元、自动清洗单元组成。收发单元和反射单元为系统主体测量部分。通过两个安装在现场测量烟道两侧的法兰,利用精密的自校准光学系统,基于光透射原理工作。该粉尘监测系统的主要技术特点包括采用直插式测量原理,可连续进行测量,直接输出粉尘浓度mg/m3值。由于采用了固态光源,寿命长达十年。由于超宽带二极管的宽带光谱产生测量信号的光学鉴定,使测量比常规的LED系统要稳定得多。高性能的微处理器技术。在不透明或透明浓度下用LC显示,校准能力达到mg/m3。自动进行调零和量程检查,自动污染校正。光学系统和电子设备装均密封在内部。样品的调整不用特殊工具,方便易行。自动调整光程。有多个量程,多路信号输出。先进的吹扫系统可减少维护量。流量监测系统的探头、法兰和仪表外壳均为耐酸不锈钢材料,防护等级为IP66。适用在高温和腐蚀性的环境下连续工作。温度监测采用PT100热电偶测量,方便、可靠、稳定。压力监测采用直接连接,绝压变送器测量。系统工艺图见图2:

图1 系统流程图

图2 系统工艺图

3.5 系统特点

(1)直接分析原样,尽可能地保持烟气物理和化学状态,样气具有代表性。满足至少300d运行而不需要日常维修的要求,可长期无人值守(大于5d)。可以提供98%以上的资料可利用率。

(2)功能丰富,包括反吹功能、自诊断和报警功能、指示功能、分析仪器自诊断、自动控制、自动校准、系统网络化、错误代码指示等功能。高可靠性、安全性、可维修性和可扩展性。监测设备满足两套烟气成分采样探头系统的运行要求,同时设计方案考虑了一定的预留接口和容量。CEMS可与电厂、电力局、环保局的局域网形成MIS/SIS网,可以远传通讯。

(3)报告的烟气流量＝工况下湿烟气量X(大气压力+烟气静压)/101300X273/(273+烟气温度)X(1-烟气湿度),包含了温度、压力、湿度的修正为标况干烟气量。

(4)分析仪器和监测仪表包含了为日常维护人员检修提供的电信号接口,极大地方便了技术人员检修。所有烟道设备可以满足在下列恶劣环境下应用:烟道压力(-4.9至+4.9kpa)、烟囱入口温度(小于250℃)、相对湿度(大于95%)。

(5)通过指示灯和现场动画可以实时监控设备的运行情况,通过趋势图了解数据变化的规律及特点。变送器的瞬时值依据实际安装位置被分别标注到不同的工艺图中。

(6)在历史趋势画面中,可以选择不同的数据进行趋势查看,打印。并且同时可以分析出数据的最大值,最小值,平均值等;在画面设置中可以方便的改变趋势的类型如线条类型、颜色、文字格式等,支持实时打印。(图3)

(7)以管理员身份登录后可以进行高级参数设置,包括量程设置,数据设置,折算值,排放率,流量设置等。用户在DCS根据现场情况实时更改需要的参数,以达到工艺要求。数据采集智能终端通过GPRS无线网络传输到环保局,由环保局对各现场进行统一的实时监控。

图3 历史趋势图

4 结语

CEMS系统组态软件作为现场监控的监控和数据管理中心,具有完善的CEMS系统所需要功能,极大提高了工厂自身工艺安全性能,并可及时改变工艺,提高工厂效率,降低了损耗。经过采集分析和处理的数据可通过无线网络直接发送到国家环保监管部门,十分便捷,而且数据准确真实,为减低大气污染,提高人类生存环境起到了重要作用。