超低排放改造机组CEMS现状分析与改进措施

汪 鑫

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司 华东分公司， 安徽 合肥 230031)

超低排放改造机组CEMS现状分析与改进措施

汪 鑫

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司 华东分公司， 安徽 合肥 230031)

在《煤电节能减排升级与改造行动计划》与GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》施行的背景下，超低排放技术被广泛运用，随之带来的是CEMS测量准度与精度不能满足超低排放技术的需求，文章从CEMS测点代表性与颗粒物监测准确性两个方面结合现场监测数据来说明CEMS改进的必要性和措施。

CEMS；超低排放；测点代表性；颗粒物

1 CEMS简介

CEMS(continuous emission monitoring system), 是指对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置，被称为“烟气自动监控系统”，亦称“烟气排放连续监测系统”或“烟气在线监测系统”。CEMS系统在火电行业有着广泛的应用，随着《排污费征收使用管理条例》和新《火电厂污染物排放标准》的颁布，两者均要求安装CEMS，并规定CEMS数据作为执法的依据。如今CEMS在火电行业中的安装使用率达到90%，对于颗粒物污染物、气态污染物、烟气温度、湿度、压力等数据均可做到实时监控，也极大的方便了环保部门的监管和厂方的优化运行管理。[1]

2 新政策下CEMS现状分析

2014年国家发改委、环保部、国家能源局三部委联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划》(以下简称《计划》)，《计划》中要求：东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值，中部地区新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。《计划》要求的燃煤机组排放限值相对于GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》中排放限值要求更加严格，燃煤电厂超低排放技术改造已成大势所趋，各种先进技术层出不穷，各电厂改造捷报频传。

改造成绩是可喜的但是新技术对CEMS设备带来的问题也十分明显。很多电厂CEMS测点不具有代表性，脱硝出口、脱硫进口、脱硫出口NOx浓度发生了不符合逻辑，甚至倒挂的现象。另外低排放限值对于现有CEMS设备测量精度和准度要求十分严格，研究指出，现有燃煤电厂CEMS测量技术的误差限，特别是对低浓度颗粒物(超低排放要求颗粒物排放限值为5mg/Nm3)测量的误差限，原有的CEMS设备难以满足超低排放下的颗粒物排放监测及监督。以下对CEMS存在的测点代表性与颗粒物监测准确性两个比较常见问题作出分析。

3 CEMS测点代表性

CEMS测点是否具有代表性，是否能反映整个烟道的真实情况，事关运行人员对设备的实时调整，在燃煤电厂中普遍存在着脱硝出口、脱硫入口、脱硫出口之间的NOx浓度关系不符合逻辑，偏差大。有部分电厂由于急于投运脱硝装置以尽快拿到脱硝电价，所以脱硝入口气流均布装置没有来得及完善，脱硝厂家在168后几乎没有进行喷氨装置优化，导致脱硝出口NOx浓度分布极其不均匀。以A厂为例，A厂2号机组脱硝出口NOx测点位于烟道侧面，测点探杆深入烟道的长度大概为1.0m，表1、表2分别为脱硝A、B侧CEMS显示NOx值与每个测孔参比值的比较。

表1 脱硝A侧出口烟道NOx比对(单位mg/Nm3)

表2 脱硝B侧出口烟道NOx比对(单位mg/Nm3)

由表1、表2可以看出，A、B侧NOx浓度相对标准偏差(CV)分别为26.4%、41.2%，远远高于设计值的15%，说明NOx浓度场分布极其不均匀。脱硝A、B侧出口CEMS显示值与参比值平均值差距较大，CEMS测点不具有代表性，不能反应烟道的真实情况，为了让烟囱入口NOx浓度控制在50mg/Nm3以下，运行人员只能通过烟囱入口CEMS值或经验来间接调节脱硝装置的喷氨量，这样易造成某一侧还原剂的过量喷射、氨逃逸超标，甚至造成空预器的堵塞。

有的电厂CEMS测点由于空间场地的限制没有遵守HJ/T 75-2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》中关于固定污染源CEMS安装位置要求，测定位置常常距离烟道弯头和断面急剧变化的部位过近，这些部位烟气流场极其不稳定，易发生湍流，导致此处NOx浓度分布极不均匀，此处作为CEMS测点的安装位置无法反映整个烟道的真实情况，造成显示结果失真。

对于CEMS测点不具有代表性的问题，目前有两种解决方案。一种是将CEMS采样探头移位至与烟道平均浓度接近的测孔(需通过全面摸底测试找到最适合的测孔)，并加长采样探头长度，防止因测孔气密性问题带来的数据失真。此种方案投入成本较小，也较好操作，但是由于烟气流场的不均匀性，在负荷、煤质变化的情况下，能否持续的具有代表性还需再进行相关实验进行验证。另外一种方案是增加脱硝出口、脱硫入口NOx取样探头的数量，采用单侧多探头取平均值的方式，每个烟道分别安装多套独立的取样系统。各采样装置和预处理装置同时运行，功能完全独立，每路独立抽气，供气均匀，每路安装均有流量计，以此来监控每路气流量状态，处理后的气体经过集气室混合后进入分析仪。改造前需根据相关测试结果，重新选取CEMS探头测点位置，移位到NOx含量能反映NOx平均值的测孔，以保证NOx测量的代表性和准确性。[2]此方案能较准确的反应烟道的平均浓度值，缺点是增加采样装置，成本投入增大，维护量增大，而且采用此方案之前需咨询当地环保部门，需得到其认可后再做改造。另外脱硝CEMS测点的问题还可以间接地通过进行流场优化试验与喷氨优化调整试验来改变脱硝出口NOx浓度场的均匀性。

4 CEMS颗粒物监测子系统的问题与改进

4.1 CEMS颗粒物监测子系统测量准确性问题

目前电厂颗粒物CEMS测量手段主要是光散射法(占比约79.3%)和浊度法(占比约19.4%)，其测量误差主要来自仪器的直接测量误差、手工采样进行相关检验带来的间接误差，仪器无法按照规范定期校零、跨度带来的漂移误差等。特别在脱硫出口高湿度、低浓度、低温度的条件下，原有CEMS颗粒物监测设备易发生光学镜片受到污染而造成烟尘超标或不准确的现象。

目前适用于脱硫出口烟气环境的颗粒物监测新技术有动态浊度法、光后散射法、抽取式测量法[3]。

(1)动态浊度法。动态浊度法测量的结果是跨越烟道的线浓度，该方法的优点是在光学镜片被污染至90%的情况下仍可正常工作，减小了维护量，缺点是在线校验比较困难，仪表的检出限为2.5mg/Nm3，对于采用超低排放技术的机组还是捉襟见肘。

(2)光后散射法。光后散射法优点是安装与在线校验很简单，与烟气实际颗粒物相关性高，仪表的检出限为0.5mg/Nm3，缺点是对烟气结露敏感，这也是所有光学监测仪的共性。

(3)抽取式测量法。该法通过连续抽取湿烟气加热后送入光学室测量。该方法的优点是在线校验工作操作简单，无需吹扫，烟气湿度对测量结果无影响，检出限为0.25mg/Nm3，缺点是仪表价格昂贵，仪器维护量也较大。

比较以上三种方法，抽取式测量法对低浓度、高湿度、低温度环境有着良好的适用性。采用超低排放技术的机组推荐使用抽取式测量法仪表。

4.2 提高颗粒物人工监测准确度

根据HJ/T 75-2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》规定，当地环保技术主管部门每年不定期地对烟气CEMS技术性能指标至少进行一次比对监测，《国家监控企业污染源自动监测数据有效性审核办法》中规定对国控企业污染源自动监测设备日常运行每季度考核1次，考核内容包括比对监测、制度执行情况以及设备运行情况检查等。考核不合格的，国控企业应当严格按责任环保部门的要求限期整改。

比对监测作为数据有效性审核的手段，应尽可能的提高比对监测的准确性，为电厂提供可靠的数据参考。现今比对监测颗粒物采样使用的是玻璃纤维滤筒称重法，通过计算采样前后滤筒的重量差和采样流量来得出烟气中颗粒物的浓度。提高称重法准确度的关键是完善采样、称重过程中的细节，减少因滤筒损失或污染而带来的误差。

(1)滤筒在生产运输过程中因颠簸挤压造成滤筒表面内壁破损或掉渣，使用前应严格检查每一支滤筒，用洗耳球吹扫掉渣，有破损的滤筒弃用，并将检查合格后的滤筒每支用单独塑封袋保存，防止二次掉渣。

(2)为了防止采样枪结露污染滤筒，采样枪装载滤筒前应对其充分预热5～10分钟。预热过程中注意采样嘴需与气流方向相同，以免采样枪吸入烟气中的颗粒物。

(3)称量过程应严格按照恒重法原则。电力行业相关规定对恒重的定义：连续两次烘干或灼烧后的质量，其差值不超过±0.0004g。0.0004g的差值反映在颗粒物浓度计算中能造成1.3mg/Nm3左右的误差，在超低排放颗粒物限值为5mg/Nm3的情况下，此等误差对测试结果影响巨大，恒重法需严格执行。

(4)有条件的情况下，推荐使用高温伴热采样—滤膜整体称重法的烟尘采样仪进行监测，提高监测数据准确度。

5 结语

CEMS作为目前公认的可以真实、实时统计电力环保数据的技术手段，必须在煤电升级改造潮中与时俱进，不断完善，做好环保部门的“千里眼”，更优质地服务于电厂。

[1] 王强.烟气排放连续监测系统(CEMS)监测技术及应用[M].北京:化学工业出版社,2015.

[2] 王奇伟.600MW机组脱硝CEMS环保系统的优化及实践[J].安徽电力，2013(12).

[3] 李大鹏.CEMS设备在“近零排放”下的选型分析[C].燃煤电厂“超低排放”新技术交流研讨会论文集，2014.

[责任编辑：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，安徽安庆人，大唐集团科学技术研究院有限公司华东分公司专业工程师。

TK223.27

A

1672-9706(2015)03- 0065- 04