火电厂冷干法CEMS质控影响因素分析

沧州华润热电有限公司 吴世猛 袁继鹏 孙 旭

随之环保排放标准的不断降低，在发电厂中，环保达标排放不仅是企业应尽的义务，同时碧水蓝天也对火电企业达标排放提出了更高的要求。近年来，由于一些因素影响，非现场监管执法越发重要，环保督查力度也在逐年加大。

1 发电厂冷干法CEMS 质控的要求及现状

冷干法CEMS 指的是烟气样品进入分析仪器前需要对烟气进行冷却脱水，分析仪器测量的烟气样品是经过除湿的干烟气，干的烟气有利于分析仪器的测量，同时减少烟气对测量仪表的污染及腐蚀，测量结果也是干烟气中的烟气污染物含量。质控是伴随着全系统校准和非现场环保执法而来的一种远程控制仪器，对现场CEMS 系统进行全系统通标的一种比对方法，目的在于对CEMS 烟气经过的整个系统进行通标，从而直观地反映系统各个环节都处于正常的工作状态。

在HJ 75-2017《 固 定 污 染 源 烟 气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范》中第11.2条规定：“抽取式气态污染物CEMS 每三个月至少进行一次全系统校准，要求零气和标准气体从监测站房发出，经采样探头末端与样品气体通过的路径（应包括采样管路、过滤器、洗涤器、调节器、分析仪表等）一致，进行零点和量程漂移、示值误差和系统响应时间的检测”[1]。河北省出台了全流程校准的地方标准DB13/T 2716.3《污染源远程执法抽查系统技术规范》，规范中明确规定采取远程执法抽查的方式进行远程质控，结果作为环境执法人员执法依据。综合来说，远程质控不定期性、随机性、远程性给CEMS 系统稳定运行提出了更高的要求[2]。

2 冷干法CEMS 质控偏差产生原因分析及解决对策

如图1所示，冷干法CEMS 烟气流程中，烟气需经过取样探杆、取样探头、伴热的双路取样管（Φ8管路）、两级冷却器、过滤器、取样泵、流量计最终进入气体分析仪进行测量后排出，冷凝水经双级蠕动泵自动连续排出。远程质控时由远程环保监测中心随机控制信号开启阀门，如图2所示标准气体经取样管线中的Φ6管到达取样探头，然后经过全流程到达分析仪表，最终完成烟气的全流程的质控工作，测量结果将直接返回到远程的环保监测中心。结合全流程及质控图示流程，分析并概况质控偏差产生的原因主要有以下两部分。一是工艺和治理原因：由于大部分发电力企业采用湿法脱硫，高湿烟气湿度大致在10%～20%，高湿烟气易发生冷凝现象，冷凝水会导致大概率会有3～5ppm SO2的溶解损失；氨逃逸也是导致质控产生偏差的又一因素，随着排放标准的不断减低，“超低排放”“近零排放”等标准的不断出现，为了降低脱硫排放口的烟气中的NOx，势必会增大脱硝系统氨的喷入量。

图2 冷干法质控联接图

大量的喷氨不仅加剧了空预器系统的堵塞，同时与过量的氨逃逸同烟气中SO2发生反应，生成氨盐结晶，铵盐结晶颗粒较小且有很强的SO2吸附性，实际现场多次发生由于氨盐结晶导致的管路堵塞，也多次发生由于氨盐结晶导致的参数异常。

图3为停运冷干法CEMS 取样伴热管线残余氨测量。实际测量在发现取样管路内壁有残留白色氨盐结晶如图4所示，随着加热温度的不同，氨气测量仪显示1.4～19ppm 的氨气残留如图5所示。经过高温水冲洗（或低浓度酸洗溶液冲洗）后氨气测量仪显示无氨气残留。表1则为使用氨逃逸检测仪器对取样管线清洗前，抽取空气所测量结果数据，测量过程中取样管线加热温度从145℃降至130℃。表2则为运维人员吹扫清洗管路后再次使用氨逃逸检测仪器所测氨逃逸结果数据。试验充分证明了取样管线中存在有氨盐结晶，且随温度的变化会有不同的析出现象，清洗管路后氨逃逸监测数据基本消失。

表1 吹扫清洗管线前测量氨逃逸数据

表2 吹扫清洗管线后测量氨逃逸数据

图3 （微量氨逃逸检测）

图4 （取样管线中白色结晶）

图5 （氨气检测结果）

CEMS 设备原因。一是取样探杆，高湿烟气在取样探杆内发生冷凝，冷凝水会吸附部分SO2；二是采样探头，滤芯长时间运行易发生粉尘、结晶等吸附导致堵塞，透过性变差，同时吸附物会吸收部分SO2；三是伴热管线，伴热管线温度设置过低、伴热管线在敷设过程中存在U 型弯或伴热管线伴热带加热不均匀、伴热管线和取样探头连接部分保温不好，管线机柜终端处的不加热部分，都易形成冷凝水，产生吸附。实际现场测量中发现伴热管线中不仅会有冷凝水，还有氨盐结晶吸附在伴热管线内壁上和连接接头处，氨盐吸附烟气成分导致测量出现偏差。四是冷凝器，冷凝器内冷腔排水不畅，或者冷腔内水、SO2、氨逃逸形成铵盐，进一步吸附。五是分析仪，分析仪表的精度差、量程设置不合适，或采样流量设置不当导致样气置换不彻底，导致测量偏低。

防止冷干法CEMS 质控偏差的措施主要有以下几个方面：一是合理控制工艺参数，提高脱硝催化剂的活性并采用更加先进优化的脱硝控制方案，在保障出口NOX 不超标的，尽量减少氨逃逸的产生，例如可采用多分区脱硝喷氨控制策略，或者精准喷氨，全截面喷氨等保证烟气充分均匀混合后与氨发生反应，提高脱硝效率。

二是合理调整脱硫吸收塔控制参数，定期检查脱硫除雾器、浆液循环泵等工艺设施，保证除雾器、浆液循环泵等的运行正常，降低颗粒物等对烟气CEMS 的影响。

三是采用加热的取样探杆，合理设置加热温度，防止冷凝水在取样探杆处的凝结。

四是采用过滤性更好的探头滤芯，同时制定合理的更换周期，调整探头反吹周期，保证反吹气体干燥等都可降低探头滤芯对质控结果的影响。

五是采用质量合格的取样管线，保证加热的均匀性，合理规划取样管路的敷设，避免U 型弯的出现，在探头箱内、机柜处增加伴热等保证取样管线全程不发生冷凝，定期对伴热管线进行清洗，也可使用低浓度酸洗溶液进行冲洗，使的管壁附着的氨盐等更容易被洗掉或溶解。

六是保证制冷器的排水效率，定期对冷腔进行清洗，减少析出物等对烟气测量的吸附影响。

七是目前大部分主流技术为分析仪前或取样管路前增加Nafion 管等除湿手段，降低烟气湿度，以减少烟气冷凝的发生，质量可靠高效的Nafion 干燥器不仅能提供干燥的烟气，而且能避免烟气成分的损失，目前部分生产厂商采用循环烟气对Nafion 干燥器进行反吹，选用除油、除湿效果好的干燥压缩空气对Nafion 进行反吹不仅能提供Nafion 的除湿效果，更能延长Nafion 的使用寿命，同时能为分析仪表提供干燥的校准气体，保证了分析仪表零点的准确性，为数据的可靠测量提供了坚实的基础。如图6、图7所示，通过对零气进行干燥处理，将零气露点降至零下-10℃，仪表零点由此也会变得较为准确。

图6 安装前

图7 安装后

八是增加除氨装置，包含在取样管路前增加固体除氨器、磷酸滴定等方法来去除烟气中氨逃逸对于测量产生的影响。目前，某公司多采用磷酸滴定的方法，如图8所示，在取样探头箱处或冷凝器前端增加磷酸滴定装置，该方法相对于固体除氨装置，设备相对简单，价格优势明显，对于烟气中氨逃逸量比较大及排放限值比较高的企业选用较为合适，但磷酸滴定装置如果控制不好易发生腐蚀湿度仪，造成湿度偏差较大、反吹发生磷酸反流、滴定接头处生成氨盐堵塞等情况。如图9所示，高温固体除氨器，价格相对较高，工艺较为复杂，对于排放限值较低，氨逃逸量比较小的工艺场合较为适用。

图8 磷酸滴定控制箱

图9 高温固体除氨柱控制箱

九是选用适用于排放标准量程的分析仪器，并定期更换分析仪器内部的精密过滤器，对气体分析仪器进行线性检测，保证仪器的测量精度。同时，提高环保监测设施的运维水平，保证仪器设备定期校准、更换、保养等工作能够准确可靠。

本文介绍了冷干法CEMS 的当前现状及全流程质控存在的问题及原因，并提出解决质控偏差的措施，尤其是创新地分析取样管线中结晶物对烟气测量产生的影响。随着环保工作的逐步深入，能够针对性解决火电厂冷干法CEMS 质控产生偏差的问题，一方面要求加大火电企业脱硫cems 预处理设施上的投入，同时由于非现场执法的随机性也对现场CEMS设备的运维提出更高的要求。另一方面，保障了环保设施的正常运行，避免环保处罚等情况的发生。