燃煤电厂烟气超低排放CEMS 选型与设计分析

蔡小荣

摘  要：CEMS设备在排放监测中发挥着重要作用，可以为燃煤电厂烟气排放监测提供支持。在环保制度越来越完善的过程中，燃煤电厂烟气排放标准越来越严格，对CEMS设备的可靠性以及精准性提出了更高的要求。为了解决烟气排放监测问题，应加大对CEMS设备的研究力度。从实际情况来看，设计人员需综合分析CEMS设备的特点、测量技术以及应用范围，优化系统设计。

关键词：燃煤电厂;烟气排放;CEMS选型

前言：

在生态环境质量不断下降的过程中，我国越来越注重节能减排、绿色环保工作的开展。燃煤发电是国家重点关注的行业，所以燃煤电厂需要积极响应国家号召，按照排放标准进行烟气排放，并利用CEMS设备对烟气排放进行监测。

1.CEMS设备的构成与类型

CEMS设备即烟气自动监控系统，指的是对大气污染源排放的颗粒物与气态污染物浓度与排放量进行实时监测的设备。CEMS设备是由诸多子系统共同构成的，例如烟气参数测量系统、气态污染物监测系统、颗粒物监测系统、数据采集系统、数据传输系统、数据处理系统、电源系统以及气源系统等。其中，烟气参数测量系统可以对烟气的温湿度、含氧量以及压力等各方面情况进行全面监测;气态污染物监测系统可以监测烟气中二氧化硫等污染物的浓度;颗粒物监测系统可以监测烟气的粉尘浓度;数据采集系统、传输系统与处理系统可以全面采集监测数据，并对数据进行传输与处理，从而计算出烟气当中污染物的情况;电源系统与气源系统可以为CEMS设备提供电力以及压缩空气[1]。

常用的技術有原位测量技术与抽取采样技术，其中原位测量技术包括线测量技术与点测量技术等类型，抽取采样技术又包括直接取样技术与稀释取样技术等类型，所以常用的CEMS设备包括现场烟气CEMS设备、直接抽取式烟气CEMS设备、稀释抽取式烟气CEMS设备等类型。原位测量技术不会对烟气的组分产生影响，且不需要进行采样和分析，但是在应用该技术时需要先在烟气当中放置测量器件。而测量器件属于精密仪器，会受到高温、腐蚀等因素的影响，所以测量稳定性相对较低，仪器维护费用也比较高。抽取采样技术较为成熟，可以利用取样探头获取烟气试样、对烟气试样进行预处理、对烟气试样进行仪器分析。

2.CEMS设备的选型

2.1颗粒物监测设备的选型

技术人员可以通过烟气的浊度检测结果分析烟尘浓度。在检测烟气的浊度时，可以利用光源检测达到检测目的，即检测光源的散射光强度或辐射光衰减量。因此，可以将常用的烟尘检测方法分为光散射法与光透射法等类型。应用光散射法的仪器属于原位式散射式烟尘仪，主要包括后散射式烟尘仪、前散射式烟尘仪等类型，其灵敏性相对较强，但是测量范围较小。应用光透射法的仪器属于原位式透射式烟尘仪，包括单光程烟尘仪与双光程烟尘仪这两种类型。单光程仪器的光源发射端与光源接收端在烟囱或烟道的两端，而双光程烟尘仪中含有光源发射装置与光源反射装置，测量精度较高、测量范围也比较大。

从实际情况来看，这些烟尘仪的整体结构都不复杂，测量范围也比较大，但是很容易受到水雾等外界因素的影响，可能会出现测量误差。而在烟尘仪中设置自动吹扫装置可以增强烟尘仪的稳定性、控制测量误差，因此可以在烟尘仪中安装自动吹扫装置。其次，如果需要测量烟气中的超低浓度烟尘含量就需要应用抽取式测量技术与抽取式烟尘仪。常用的抽取式烟尘仪有伴热抽取式烟尘仪、稀释抽取式烟尘仪等类型，伴热抽取式烟尘仪可以从烟道当中抽取烟气，将烟气输送至高温汽化腔室当中，从而蒸干烟气当中的水分，稀释抽取式烟尘仪可以将烟气与加热的空气混合均匀，从中抽取试样，并对试样进行加热处理，从而测量干烟气中的超低浓度烟尘含量[2]。

2.2气态污染物监测设备的选型

在监测烟气当中的气态污染物含量时需要进行烟气预处理、烟气组分分析，就需要科学选择处理设备与分析设备。第一，烟气预处理设备的选择。烟气预处理设备有直接抽取CEMS设备与稀释抽取CEMS设备。直接抽取CEMS设备的烟气预处理方法包括热湿法与冷干法，热湿法比较适用于测量烟气当中容易溶于水的成分的浓度，若采用热湿法就需要确保气体通道中的被测烟气都处于烟气露点之上，避免出现水蒸气冷凝等情况;冷干法属于干基测量，需要对烟气进行过滤处理、除湿处理，在干燥的状态下对烟气进行分析[3]。稀释抽取CEMS设备可以通过稀释试样等手段降低试样的露点，降低试样出现冷凝等问题的几率，属于湿基测量。相比于直接抽取CEMS设备，稀释抽取CEMS设备所抽取的烟气流量较小，可以减少探头过滤器堵塞等问题的发生。但是在应用稀释抽取CEMS设备时需要利用二氧化碳分析仪修正烟气污染物的浓度。因此，应用稀释抽取CEMS设备的难度较大。第二，烟气组分分析仪的选型。烟气组分分析仪是由测量气室、辐射光源与测量电路共同构成的，包括红外分析仪、紫外分析仪等类型。在测量过程中红外线或紫外线会通过被测烟气，之后就可以测量被测烟气的红外线辐射强度或紫外线辐射强度。红外分析仪对被测烟气的清洁性与干燥性有较高的要求，但是对烟气的组分变化没有较高的要求。紫外分析仪对被测烟气的水分含量没有较高的要求。在应用直接抽取技术时可以应用非分散红外气体分析仪，例如燃煤电厂可以将冷干直接抽取技术与非分散红外分析仪结合起来。

2.3烟气参数测量设备的选型

烟气参数测量结果也会影响到CEMS监测数据的准确性，其中烟气湿度在线测量主要有干湿氧法和阻容法;烟气温度测量设备有铠装热电偶测量装置、铠装热电阻测量装置等;烟气压力测量设备有智能压力变送器等;烟气含氧量测量装置有电化学式氧分析仪、氧化锆分析仪等;烟气流量测量设备有超声波流量计、压差式流量计等。一般情况下，在抽取式CEMS设备中会应用直插式氧化锆分析仪。技术人员需要根据燃煤电厂的实际情况选择各种烟气参数测量设备。

3.CEMS设备的设计

燃煤电厂在排放烟气时会先将烟气输送至净化设施当中，对烟气进行净化处理，之后再将烟气输送至烟囱中。烟囱入口处的烟气具有湿度高、温度低、污染物含量低等特点，但腐蚀性相对较强。所以，在设计CEMS设备时需要做好工艺选择与安装设计工作。

3.1科学选擇工艺

CEMS设备属于环保监测设备，所以必须具有国家环保部门提供的环保认证书以及质监部门发的计量许可证。同时，CEMS设备的安装、维护都需要获取环保部门的认可。在进行CEMS设备设计时，设计人员需研究HJ/T 76-2017以及HJ/T 75-2017等标准，按照标准要求选择设计方式[4]。其次，设计人员需要根据燃煤电厂的烟气特点选择CEMS设备的取样方法、测量方法。例如，若燃煤电厂排放的烟气中存在水滴，就需要选择原位测量技术，并完善烟道中的防腐设施，加大对测量仪表的保护力度。此外，在进行PLC以及分析仪等设备设计时，设计人员需科学选择供电方式，避免间断供电造成数据丢失。

3.2做好安装设计工作

安装设计是CEMS设备设计的关键内容，设计人员需根据燃煤电厂的烟道布置情况、CEMS设备的小间位置等各方面情况进行安装设计。其次，在设计过程中，设计人员需要注意一些细节。第一，应控制CEMS机柜与取样点之间的距离，避免距离过远，否则会影响取样质量。第二，不能在存在明显振动情况的位置安装设备，否则会对烟道当中的探头造成影响。第三，需要优化取样探头与分析机柜之间的管路设计，使管路向下倾斜，否则可能会出现冷凝液凝聚等情况。第四，不能在烟气流速过低的位置安装测点开孔位置，应当在烟道负压区、垂直管段等区域设置测点开孔位置。第五，需要在监测断面的下游预留采样孔位置。第六，需要在有空调的区域中安装CEMS分析仪器，从而为分析仪器的运行创造良好的环境。第七，需要完善设备的防雷措施与接地措施，增强设备运行的安全性。第八，应优化电子设备的防护等级设计。

结语：

CEMS设备的准确性与可靠性会影响到烟气排放质量，为此技术人员需要综合分析CEMS设备的颗粒物监测系统、气态污染物监测系统、烟气参数测量系统等子系统，为设备选型奠定基础。同时，在进行设备设计时需要科学选择工艺并做好安装设计工作，增强设备测量的准确性。

参考文献：

[1]张林宝.燃煤电厂烟气超低排放脱硫系统优化控制分析[J].中国设备工程，2019（15）：86-87.

[2]齐文正.袋式除尘器在燃煤电厂烟气“超低排放”应用的作用探讨[J].科技风，2019（04）：170.

[3]焦峰.超低排放燃煤电厂烟气重金属污染物排放特征浅析[J].低碳世界，2019，9（01）：11-13.

[4]李小龙，李军状，段玖祥，滕农.超低排放燃煤电厂烟气中氨测试方法探讨与建立[J].环境工程，2018，36（10）：170-174.