火电厂烟气在线监测及排放控制

武忠仁

（华能新疆吉木萨尔发电有限公司，新疆吉木萨尔，831500）

1 火电厂烟气在线监测系统概述

1.1 系统应用意义

在火电厂运营生产期间，受到能量转换方式、工艺技术的限制，将会持续释放粉煤灰和硫烟气等有毒气体，对火电厂周边生态环境造成严重污染破坏，进而影响到动植物生长与人体健康。针对这一问题，多数火电厂陆续采取增加脱硫除尘处理工序、使用空气冷却汽轮机、应用压力转换技术、提高沸水能量利用率等措施，在直接与间接层面上起到一定程度的节能环保效果，但实际效果未达到预期标准，仍旧会排放少量有毒烟气，粉尘污染、空气污染问题时有出现。与此同时，对烟气在线监测系统的建立与应用，将在火电厂生产期间持续采集流量、压力、温度、粉尘浓度、净烟气排放量等现场监测数据，帮助工作人员全面掌握火电厂现场生产情况与烟气排放控制情况，在出现有毒烟气过量排放等问题时，可以在短时间内正确了解问题产生原因，并采取调整工艺控制参数、设备运行状态等方法手段来解决这类问题。同时，系统还将起到“查缺补漏”作用，帮助火电厂与工作人员掌握烟气排放控制与生产活动中的薄弱环节，持续改进原有工艺技术。

1.2 系统类型及比选

目前来看，在各项火电厂项目中，由于火电厂建设规模、烟气排放控制需求、工艺技术种类存在差异性，并未建立完全一致的烟气在线监测系统，系统类型包括直接测量式、稀释式与直接抽取式三种，各类烟气在线监测系统的测量方式、工作原理和优缺点不一致，需要根据项目情况加以慎重选择。

首先，直接测量式烟气在线监测系统采取在烟道内部安装分析仪与信息传感装置的测量方法，装置设备和火电厂生产期间产生的含硫烟气保持直接接触状态，可以获得相对较为准确的现场监测信号，并直接将监测结果发送到系统后台。根据实际应用情况来看，这类烟气在线监测系统具有较好的优势，但在所安装分析仪与信息传感装置持续受到含硫烟气腐蚀，实际使用寿命较短，时常出现运行故障，并需要定期更换全新的现场监测设备，总体使用成本相对较高。

其次，稀释式烟气在线监测系统采取安装探头装置来收集现场烟气样本，按顺序执行烟气除水、除尘、配气稀释等操作步骤，最终完成样本分析任务，向系统后台发送样本分析结果的测量方法，多用于完成高湿度环境的烟气现场监测任务，监测精度并不会受到环境干扰，但其成本较高、内部结构复杂，仅在特定场景中得到应用。

最后，直接抽取式烟气在线监测系统采取安装预处理设备和探头装置，在火电厂生产期间开展烟气采样和预处理操作，再控制分析仪设备分析样本组成成分来获取现场监测结果的测量方式。在火电厂项目中，此类系统多用于高尘环境与高湿度环境，有着设备装置运行稳定、使用寿命长、不易出现故障问题的优势，但现场装置设备的操作流程较为繁琐，系统后台所获取现场监测数据的时效性缺乏保障，且系统运行能耗较大。

1.3 系统应用场景

在火电厂项目中，烟气在线监测系统主要应用于现场监测信号采集、数据分析处理场景。其中，在现场监测信号采集场景，通过在生产现场安装信息传感装置、探头装置和分析仪等设备，持续采集粉尘、烟气、流量、压力、温度等参数，再将现场监测信号进行初步分类整理，上传至系统后台。要求火电厂根据烟气在线监测需求来选择现场装置的种类型号，如配置采样探讨、气体分析器、取样管线来分析SO2、O2与NOx等烟气气体，配置SITRANS P压差/温度变送器分别测量压力值与温度值。而在数据分析处理场景，在系统中安装PLC可编程逻辑控制器，自动对所收集现场监测信号执行信号转换、逻辑分析等操作，将其转换为简单、直观的数据信息，以及自动生成曲线对比图和统计报表。此外，可选择预先在烟气在线监测系统中设置各项参数的警戒值，系统运行期间持续对比所采集现场监测信号与对应警戒值，如果出现数值超限情况，系统将自动执行预先导入的控制方案。例如，在系统中预设过滤器浮尘警戒值，在系统运行期间检测到过滤器表面浮尘厚度超标时，自动下达控制指令，使用压缩空气，将过滤器表面浮尘吹扫至烟道内部。

1.4 烟气在线监测系统优化措施

在火电厂采取稀释式或直接测量式烟气在线监测系统时，受到复杂现场环境影响，系统设备在运行期间将会频繁出现运行故障，进而影响到系统运行状态和烟气排放控制效果。因此，火电厂必须同步开展系统维护保养与故障检修工作。

首先，在系统维护保养环节，建立起长效的系统维护保养制度，明确维护保养内容、操作步骤、标准要求和注意事项，定期对现场监测装置与仪器设备开展日常维护保养工作，清理设备装置表面附着与内部堵塞的灰尘杂质，更换老化磨损元件、观测制冷器温度等运行参数，检查测尘仪风机、保护过滤器等装置设备运行工况，并对维护保养过程加以记录。同时，在维护保养期间发现装置设备隐性故障和异常运行情况时，及时将问题上报反馈，组织开展故障诊断与设备检修工作。例如，使用洁净水体反复清洗制冷腔表面附着的灰尘污渍、每隔半年更换全新的制冷器下蠕动泵机、更换破损的取样管、疏通取样管内部堵塞物。

其次，在故障检修环节，要求工作人员掌握各类型故障问题的产生原因、客观发生规律和正确处理方法。例如，在采取稀释式烟气在线监测系统时，偶尔出现采样管路进水故障，问题产生原因包括伴热管线堵塞、主气路负压超标、探头过滤筒堵塞等，工作人员应分别检查各处管路装置情况，锁定堵塞部位，使用清水多次冲洗堵塞灰尘，再将管路与探头过滤筒的残留水分吹干。

2 火电厂烟气排放控制的有效措施

2.1 确定烟气排放控制总体思路

现阶段，在部分火电厂项目中，尚未树立起清晰、明确的烟气排放控制思路，所采取各项控制措施缺乏关联性，没有形成完整的烟气排放控制体系，实际控制效果并不理想。因此，要求火电厂积极借鉴国内外成熟项目的案例经验，以烟气在线监测系统作为烟气排放控制体系的核心，及早构建完善的烟气在线监测系统，配置高效静电除尘器、移动极板静电除尘器、WESP湿式静电除尘器等装置，以及采取石灰石-石膏湿法脱硫等工艺技术。如此，在火电厂生产活动中，操作人员根据系统所采集现场监测信号与数据分析结果，为静电除尘器装置启动运行、烟尘脱尘技术参数的制定调整提供信息支持，实现烟气排放控制效果的最优化目标。

2.2 进一步扩大烟气在线监测系统覆盖范围

目前来看，火电厂所建立的烟气在线监测系统的实际监测范围有限，并未完全覆盖火电厂生产现场与全部环节，存在烟气排放控制盲区与薄弱环节。例如，受到烟气在线监测系统限制，工作人员无法全面掌握火电厂各区域的实时烟气排放量、烟气组成成分等参数，偶尔出现少量未经处理有毒烟气排入大气环境的问题。针对这一问题，需要火电厂持续扩大烟气在线监测系统的实际覆盖范围，具体措施包括安装新一代PLC装置、增加生产现场信息传感装置的安装数量及分布密度、在烟气产生和处理排放等区域均安装现场监测装置、根据工艺技术选择性增加监测装置种类。例如，在某火电厂项目中，为控制烟气中二氧化硫气体的排放量，选择采取石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，同步更新现场监测装置的种类，烟气在线监测系统可以采集液气比、石灰石粉颗粒粒度、脱硫吸收塔进出口烟气温度、烟气含氧量等参数，根据监测结果调整工艺控制参数，如将进入吸收塔的烟气温度始终维持在96℃左右，从而将烟气脱硫效率保持在90-95%区间范围内，如果烟气温度得不到有效控制，将会直接影响到烟气脱硫效率，如在烟气温度到达103℃时烟气脱硫效率将会降低至84.8%。

2.3 排放数据预处理

以上提及，烟气在线监测系统是烟气排放控制体系的核心，系统运行情况直接影响到烟气总体排放效果，以及间接影响到石灰石-石膏湿法烟气脱硫、静电除尘等烟气污染物排放控制措施的实施效果。然而，部分所建立烟气在线监测系统的数据处理能力较差，虽然可以在短时间内完成海量数据的处理任务，但却无法保证数据处理结果的真实性与准确性，进而对烟气排放控制方案、策略的制定起到误导作用，难以取得理想的烟气排放控制效果。因此，为突破烟气控制排放体系的局限性，应在烟气在线监测系统中增加排放数据预处理环节，系统依次执行数据清理、集成处理和规约处理操作，从而简化数据处理流程，在保证数据结果真实准确的前提下，进一步提高数据处理效率。其中，在数据清理步骤，执行数据识别、离群点删除、缺失值填写等操作，从海量数据中筛除重复数据，并对异常数据加以纠正处理。在数据集成处理步骤，根据数据来源、关联分析结果与属性状态，将数据导入数据库中对应类型的文件内进行归档保存。而在数据规约处理步骤，从所收集现场监测数据中提取高价值数据，以规约形式加以呈现，从而起到提高数据处理效率、保证数据时效性、减少数据处理量的作用。

2.4 完善烟气在线监测系统使用功能

根据火电厂烟气在线监测系统早期使用情况来看，普遍存在系统使用功能单一的问题，仅能做到对火电厂生产期间烟气排放量、流量、粉尘量等参数的实时统计，应用作用主要体现在提供生产方案决策建议方面，并无法帮助工作人员在烟气排放量超标等问题出现的第一时间采取有效处理措施，简单来讲，则是烟气排放的事中控制力度不足。因此，火电厂需要根据烟气排放控制需求，对当前的烟气在线监测系统功能结构加以补充完善。例如，考虑到现代火电厂有着规模庞大、工艺流程复杂的特征，可以在系统中增加区域定位、实时查询、自动预警等使用功能。例如，对区域定位和自动预警功能的设置，在系统运行期间检测到参数超限问题时，将自动发送报警信号，向值班人员发送详尽的报警报告，内容包括烟气超标排放位置、具体排放量、问题发生前一段时间的现场监测数据及曲线图表等，帮助工作人员更好的分析问题产生原因、制定合理的烟气排放控制方案。此外，在烟气在线监测系统建立之初，可选择应用PLC技术，所构建PLC系统有着扩展性强、升级维护简单、编程方便的优势，系统结构由若干保持独立状态的模块单元组成，工作人员仅需根据系统升级需求，对特定模块单元进行增减处理，即可完成系统升级扩展任务，调整系统功能结构。