超低排放改造后CEMS测量准确性的提高

（浙江浙能乐清发电有限责任公司，浙江乐清325609）

超低排放改造后CEMS测量准确性的提高

潘军涛，屠士凤，倪仲俊

（浙江浙能乐清发电有限责任公司，浙江乐清325609）

超低排放改造后，燃煤机组污染物排放浓度大大降低，环保排放标准上了新的台阶，对CEMS数据的精确性提出了新的要求。新的技术和设备应用在超低排放改造后的CEMS系统投运后出现各种问题，通过分析原因并进行相应改造。提高了CEMS系统测量数据准确性和稳定性，满足了日益严格的环保要求。

超低排放；烟气污染物在线监测系统；稀释法；冷干直抽法

随着人们环境保护意识越来越强,燃煤发电厂减排改造迫在眉睫。自国家发布《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》后，浙能乐清发电厂超低排放改造提速前进，改造后烟气排放限值执行标准为SO2（二氧化硫）35 mg/m3（标准状况下，下同），NOX（氮氧化物）50 mg/m3，烟尘5 mg/m3。原脱硫净烟气CEMS（烟气污染物在线监测系统）已无法满足低浓度气态污染物测量的要求，必须对脱硫净CEMS进行升级改造，保证CEMS数据的准确性和可靠性。

1 系统概况

浙江浙能乐清发电有限责任公司装机规模为4×660 MW，采用SCR（选择性催化还原）脱硝技术。超低排放主要改造脱硝、除尘和脱硫装置，包括脱硝增加催化剂用量，替换原旧催化剂，低低温电除尘系统的改造和增设湿式静电除尘器，脱硫吸收塔再增加1台石灰石浆液循环泵及其辅助设备的改造，脱硫CEMS系统也进行相应改造。

该厂原脱硫CEMS测量采用直接抽取结合冷干法，原烟气净烟气各配有3个单独的取样探头，均分布置在脱硫烟气水平烟道侧面。烟气经过3根采样伴热管线，进入3个独立的烟气预处理装置，再进入3个独立的冷凝单元，经过预处理后的烟气进入烟气混合器混合，混合后的烟气最后进入分析仪表进行分析。原烟气分析仪表采用量程0—3 000 mg/m3的ABB EL3020分析仪表，净烟气采用量程为0—300—3 000 mg/m3的ABB AO2020分析仪表。

超低排放改造后在保留脱硫前、后各3个取样测点基础上，对原有CEMS的部分设备进行升级改造，原烟气ABB EL3020分析仪更换为量程0—3 000 mg/m3的ABB AO2020分析仪表。净烟气CEMS增加赛默飞世尔43i脉冲紫外荧光法SO2分析仪、赛默飞世尔42i化学发光法NO-NO2-NOX气体分析仪和氧化锆。在现有SO2/NOX/O2分析仪入口样气管路上，并接1路样气至新增分析仪，2套分析仪将同时运行，相应的样气管路进行了改造。对冷凝单元等相关设备进行升级更换，冷凝单元采用双级冷凝并带有加酸功能，在冷凝单元后混合器出口的样气管路适当位置上增加1套气体干燥管，提高分析仪所需的样气品质。

2 改造后出现的故障及改进措施

赛默飞世尔表计使用紫外荧光法和化学发光法测SO2和NOX，采用分子发光气体分析技术，属于ppb级，表计最小量程可达到0.1 mg/m3，检出下限极低。脉冲紫外荧光法测SO2相比非红外吸收法受水份干扰少,加上冷凝器加酸和气体干燥管的应用，改造后的CEMS应该满足超低排放后环保的要求。但新设备和新表计在原来的预处理系统中应用难免出现各种问题，通过各种方法测试比对，查找和分析原因并进行相应的改造。

（1）测点取样代表性不强造成SO2和NOX数据偏低。

原脱硫净烟气3路探头烟道单侧上、中、下分布，超低排放改造后烟道改变后烟气分左右两路进入净烟道混合。通过净烟气烟道顶部、左侧、右侧测试孔多点人工比对，发现净烟道顶部烟气浓度最高，两侧上部次之，中下部最低。为提高取样代表性，重新将探头布置在烟道顶部、左侧上部、右侧上部3路取样。

（2）表计量程、单位设置不合理。

依据环保规范CEMS表计量程根据实际需要设置，量程通常设置为排放源最大浓度的1～2倍。为满足脱硝撤出时NOX测量要求，超低排放改造将42i NO-NO2-NOX气体分析仪量程设置为0～200 ppm，43i SO2分析仪表计量程设为0～100 ppm。而平时NOX排放浓度区间在20 ppm以下。大量程设置低浓度测量容易引起表计数据测量误差大。通过DCS（分散控制系统）逻辑修改数采仪组态设置，利用赛默飞世尔表计双量程切换功能，将42i NO-NO2-NOX气体分析仪量程设0-50-200 ppm切换，42i SO2分析仪表计量程设为0—100 ppm，提高数据准确性。

（3）由于表计是进口设备，遵循的标准规范不同，选择合适表计输出单位，避免误差。

由于赛默飞世尔分析仪表输出质量浓度（mg/m3）是指20℃时1个标准大气压下的气体浓度（美国标准），而中国环保部门标准规范规定气体质量浓度是在0℃时1个标准大气压下的状态下,所以用1atm 0℃下质量浓度的标准气体做为表计的标气，要对标气浓度进行准确的换算。

1atm，0℃质量浓度与1atm，20℃质量浓度的换算关系为：

式中：Cm-w-0=Cm-w-20×1.07；Cm-w-0为1atm，0℃质量浓度，单位mg/m3；Cm-w-20为1atm，20℃质量浓度单位，mg/m3；Cv-o为0℃下体积浓度，单位ppm；Cv-20为20℃下体积浓度，单位ppm；22.4为0℃下摩尔浓度；24.04为20℃下摩尔浓度；Cv-o=Cv-20。

所以使用1个标准大气压下0℃的质量浓度标气标定，标气标称乘以0.93与表计显示质量浓度相当。由于不同温度压力下气体体积浓度都相等，选用体积浓度（单位为ppm）作为显示单位，并尽量选用以体积浓度为单位的标气。DCS显示和数采仪数据按下面公式把在不同温度和压力下，气体的体积浓度换算为同一标准下的质量浓度（单位为mg/m3）：

式中：M为分子量；P为气体压力；T为气体温度。

（4）水份的干扰引起SO2排放数值周期性变小或者到零。

从图1可知，随着温度的降低，SO2在水中的溶解度上升，也就是说，SO2在冷凝水中的溶解度升高，损失率升高。从图2可知，湿度越高，冷凝水析出的越多；而SO2浓度越低，损失比率也会越高。可以确认在低温度、高湿度（45～50℃超饱和水汽）、低量程SO2（SO2＜35 mg/m3）情况下，SO2的损失率会非常高。

图1 SO2在不同温度下的溶解度曲线

图2 不同湿度情况下SO2的损失率曲线

为减少SO2损失，对CEMS进行改造。首先确保探头与烟道固定牢固无漏缝，防止有漏风，造成探管内样气遇冷冷却。做好探头加热部分保温，确保加热温度在145℃。探头出来以及进入冷凝器伴热管线的裸露段尽量短，控制10 cm以下，并用泡沫包裹好，采用加热温度最高达150℃的伴热管线，并将温度设定在135℃以上。对冷凝器蠕动泵排水进行改造，抬高冷凝器的位置，原2个蠕动泵串级排水改为各自独立排水，缩短排水距离，保证冷凝液迅速排掉。改造后相同500 MW负荷段，SO2变化幅度从原13 mg/m3左右降到约3 mg/m3，取得了明显的效果。

（5）CEMS电源不可靠，系统经常断电无法保证数据稳定运行。

原CEMS电源与小屋照明、空调电源合用1路总电源，空调故障和插座短路都可能造成CEMS电源跳闸，设备可靠性差。将CEMS电源单独从脱硫MCC柜供电，保证3路伴热管线与机柜PLC、烟尘仪及各分析表计电源开关单独配置，依据伴热管线的功率选用合适开关容量，保证CEMS各设备电源正常工作。

（6）环保网设备老化，数据传输可靠性差。

乐清发电厂自建厂以来，环保网络设备一直未更新换代，经常发生数据传输中断。超低排放改造后，对整个环保网络进行了整改：更换所有小室光纤、收发器和数采仪，对核心交换机冗余配置，交换机电源也分别从1号、2号脱硫UPS引入并实现冗余切换，确保了环保数据可靠上传。

3 结语

改造后的乐清发电厂CEMS运行稳定，数据符合环保要求，取得了很好的效果，其改造经验值得其它同类型发电厂借鉴。

[1]蒋雄杰，李峰.GASS预处理系统在燃煤电厂“超低排放”CEMS中的研究与应用[C].燃煤电厂"超低排放"新技术交流研讨会，2014.

[2]樊保国，祁海鹰，由长福，等.烟气中的凝结水对SO2浓度测量的影响[J].燃烧科学与技术，2002，8（5）∶454-456.

[3]王志轩.我国火电厂烟气排放连续监测系统装设及应用的若干问题[J].中国电力，2002，35（11）∶77-81.

[4]潘荔，王卓昆，王志轩.我国火电厂烟气排放连续监测装置现状及对策建议[J].环境科学研究，2005，18（4）∶42-45.

[5]赵磊，周洪光.超低排放燃煤火电机组湿式电除尘器细颗粒物脱除分析[J].中国电机工程学报，2016，36（2）∶468-473.

[6]朱法华，王圣.煤电大气污染物超低排放技术集成与建议[J].环境影响评价，2014（5）∶25-29.

[7]肖丽，王刚，金礼方.600 MW级火电机组超低排放改造后的运行成效分析[J].浙江电力，2016，35（7）∶37-40.

[8]王洁.燃煤发电厂脱硝催化剂的成分及表面分析研究[J].浙江电力，2015，34（11）∶92-96.

（本文编辑：徐晗）

Accuracy Improvement of CEMS Measurement after Ultra-low Emission Transformation

PAN Juntao，TU Shifeng，NI Zhongjun
（Zhejiang Zheneng Yueqing Power Generation Co.，Ltd.，Yueqing Zhejiang 325609，China）

After ultra-low emission transformation，the pollutant emission concentration of coal-fired units has been greatly reduced，and the environmental emission standards have taken a new step；besides，new requirements on accuracy of CEMS data have been put forward.With its application in CEMS system after ultralow emission transformation，new technology and equipment are facing up various problems，which are eliminated after cause analysis and transformation.The measurement data accuracy and stability of CEMS system are improved to meet increasingly strict environmental protection requirements.

ultra-low emission；CEMS；dilution method；cold dry direct-extractive method

10.19585/j.zjdl.201707010

1007-1881（2017）07-0043-03

TK39

B

2017-03-31

潘军涛（1977），男，工程师，主要从事发电厂热控技术管理工作。