燃气发电厂CEMS系统改造措施分析

郭强

摘要：目前各火力发电企业积极探索除尘、脱销设施改造方法，并升级改造其配套的CEMS系统，提高烟气污染物监测准确度，使烟气排放污染物得到有效控制。本文以郑州燃气发电有限公司为例，就其CEMS系统改造措施进行分析，以供相关人员参考。

关键词：烟气在线监测;CEMS系统;燃气发电厂

引言：

我国高度重视能源生产革命，密切关注煤电清洁水平的提升，出台了相关文件予以企业技术性的指导和支持，加强对污染物在线监测的要求。郑州燃气发电有限公司针对企业现有的CEMS系统情况展开分析，通过对其有效改造，实现了有效的污染物排放控制。

1、CEMS系统改造可行性分析

郑州燃气发电有限公司成立于2004年，建设2台德国西门子390MW燃气-蒸汽联合循环发电机组。机组型号V94.3A，属于西门子第三代改进型技术。公司是国家“西气东输”管线配套工程，河南省内首家大型燃气电厂，发挥气、电两网调峰作用。工程经国家发改委核准，2005年7月开工建设，2007年两台机组相继建成投运。天然气从西气东输郑州门站引专用管路接入厂区，电力送出由500KV线路并入河南电网，除盐水水源为城市自来水，冷却水源主要为城市中水，备用冷却水源为黄河原水。机组设计年利用小时为3500小时，2台机组年设计发电量27亿千瓦时。

2013年，郑州燃机按照当地环保局要求，改造了烟气自动监控系统，系统于2013年由河南省环境监控中心审核后通过，并投入运行。但就目前国家出台的相关烟气排放技术规范而言，对在线自动监控系统明确了新要求，其中在技术方面要求监测设备应涵盖双量程，郑州燃机现有烟气监测系统量程较大，无法实现烟气污染物浓度的精确测量，并且在长年的使用过程中，设备趋于老化，其测量准确度不断降低，公司内部的系统站房无法适应最新的环保管理要求，亟需技术改造。

2、传统CEMS烟气测量技术应用现状

与国家相关技术规范相比较，郑州燃机CEMS系统存在分析仪表量程过大的问题，导致精确度下滑，测量与实际有较大误差。红外分析仪表会受到烟气水分影响，预处理水能力相对较差。取样管路吸附样气后，将会造成测量误差较大。粉尘分析仪主要原理是利用激光以后向散射式形式进行测量，但是当烟气中水分含量出现变化时，将会导致烟道内的烟气发生温度异常，这时，这种测量方式在测量过程中会将水分颗粒与烟尘颗粒一起作为测量对象，制约了烟尘数据测量的准确性。流速测量为点测量，其主要借助单点皮托管形式进行，测点代表性不强，具有主观性。根据公司机组大修后的烟气情况，结合国家烟气排放标准，需对CEMS系统进行配套改造。

3、CEMS系统改造措施分析

3.1安装位置选择

根据相关烟气排放检测技术规范，CEMS系统取样点应注意环境光线、电磁辐射对取样点产生的影响，其位置选择区域内的烟道振动要处在较低频率内，安装位置不能有漏风情况，同时，要避开烟气中的水雾，如果无法避开，应采用与环境相适应的监测探头以及仪器。针对垂直管段以及烟道负压这两个区域，可优先选择设置取样点，这时采取的样品更具有代表性。其测定位置不可在烟道的弯头处，也不可在断面变化较为复杂的部位，应贯彻“前四后二”原则。取样点在距离上要保持与监测站房较近的位置，一般为70米以内。

3.2气态污染物监测

本文主要以直接抽取的取样方式为例，简要分析在CEMS系统中，不同气态污染物的监测。

3.2.1取样探头

在取样探头中，一般运用加热型采样探头，可避免在取样探头部位出现烟气凝结的现象。可同样沿用加热型取样探杆，以免样气凝结在取样探头中。

3.2.2取样管线

取样管主要运用一体式加热型，在样品传输管线中，伴热应在120℃高温以上，并且贯穿整个过程。材料的选择主要强调其抗腐蚀性要求，还需要考虑其惰性化特点，在最大程度上避免样件吸附情况的出现。在双管结构下，要使全系统中覆盖校正回路，使其与相关环保标准要求相符合。

整条采样管线应包括探头到分析仪，其铺设方式主要采用桥架或者穿管形式，管线在此基础上得到有效的支撑保障。在管线的倾斜度方面，要求其应在5°以上，并在4～5米间隔内安装卡箍，使管线积水现象得以避免[1]。

3.2.3预处理系统

预处理系统主要指样品气的处理，通过在特定条件下对样气加以处理，其与分析仪所需要的样品气条件相符合，同时还具有保持样品成分作用，避免样品浓度出现失真的情况。

在新技术升级的情况下，预处理系统功能得到进一步提升，建立在动态加磷酸中，利用压缩机进行制冷将水去除，再使用干燥器进行渗透，在预处理中，样气损耗得到显著降低，同时也实现了二氧化硫的损耗控制，与气体污染物排放检测要求相满足。

3.2.4气体分析仪

可使用量程相对较小的红外气体分析仪，提高测量的精确度。红外气体分析仪产生的红外光源具有较长的使用寿命。就目前而言，直接抽取法中非分散红外分析方法使用十分广泛。紫外分析仪运用在燃气发电厂，可避免烟气中未完全燃烧参与甲烷对测量二氧化硫的干扰。特别是在机组启停阶段，若使用红外气体分析仪，烟气中残余甲烷对二氧化硫测量影响巨大。

但是红外、紫外分析仪在使用中均不可直接对二氧化氮进行测量。因此，在测量烟气中二氧化氮时，应注意利用二氧化氮转换器将其转换成一氧化氮后，方可测量，以满足氮氧化物在CEMS系统中的总量监测要求。

3.3颗粒度监测

激光后散射粉尘仪在价格方面优势明显，简单的结构组成使其在安装过程中十分便捷，这种粉尘仪的使用范围十分广泛，但是其很容易受到各种各样因素的干扰。例如，在烟气中，不同物理特性的颗粒物形态，会加大测量出现偏差的可能性。光学镜片污染也会使测量受到影响。在烟气中含有水分的情况下，会对测量结果产生干扰。同时，仪表自身漂移现象以及测量校准环节较为复杂等问题都会对测量结果产生不同程度的影响。

目前，加热抽取激光前散射式监测仪可实现对烟气颗粒物的有效检测，能有效控制高湿、低温情况下的脱硫问题[2]。其可实现在线连续检测，与相关部门的具体环保要求相符合，同时，通过加热抽取，避免了烟气中的水分干扰，可对高湿低温状态下的烟气颗粒物进行测量，与传统粉尘仪相比，其量程更低，具有良好的准确性，能对超低颗粒物测量。同时，其校准方面智能化水平较高，可自动归于零点，避免了出现低于零点的现象。检测仪探头还具有自动反吹功能，无需维护，其使用成本性价比更高。

4、CEMS系统改造后情况分析

郑州燃气发电公司CEMS系统改造措施后，监测系统设备运行趋于稳定状态，测量数据更加准确，符合国家相关标准要求的同时，增加了烟气湿度测量。其中，氮氧化物、二氧化硫、颗粒物等三项污染物量程得到有效控制，在不断降低中目前已经趋于合理范圍内[3]。借助紫外分析仪，可使二氧化硫测量值不会受到烟气在未完全燃烧情况下残余甲烷的影响，其测量准确程度进一步提升。运用粉尘仪，使其测量与超低排放标准相符合，与改造前相比，粉尘测量值下降程度在90%以上。在CEMS系统中新增添了二氧化氮转换器，对烟气的总体氮氧化物浓度加以测量，确保了其始终与最新的国家检测标准相符合。公司内部原有的CEMS站房已经拆除，新建站房在原有场地基础上将面积增加到20平方米，与地方要求的站房技术标准保持一致。目前设备存在二氧化硫零点负漂移情况，但是因二氧化硫浓度较低将会造成运行中检测值低于零的现象，可对自动零点校准频率加以提高，使低于零点问题得到有效解决。

结论：

在CEMS改造完成后，解决了因燃气轮机启停阶段二氧化硫数据检测失真带来的困扰，燃气发电机组排放污染物得到准确监测，满足了环保标准要求。CEMS系统作为企业重要设备，应切实结合国家技术标准进行改造，确保其数据的准确性。

参考文献：

[1]刘洪博.火电厂超低排放烟气CEMS改造措施[J].中国环保产业，2018（11）：60-62.

[2]孙成永，陈量.锅炉超低排放烟气在线监测技术探讨[J].科技创新与应用，2018（32）：134-136.

[3]李志远.火电厂超净排放形式下的CEMS改造研究[J].绿色科技，2016（04）：97-98.