CEMS烟气自动监测系统在我厂的应用

摘 要：LNG燃气电厂的生产在电网负荷调峰过程中起到了举足轻重的作用，LNG燃气电厂的生产过程启、停及升、降发电负荷的频繁为电网灵活的负荷调整起到关键的作用。在这种情况下对LNG燃气电厂中的锅炉排放的烟气进行连续监测为烟气中各类有害气体实时提供数据是必不可少的环节。本文论述了ABB公司生产的EL3020型烟气排放连续监测系统（CEMS）的构成、原理及在我厂中的应用。

关键词：CEMS 烟气 连续监测 SO2 NOx 烟尘

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0122-01

我厂主要是LNG、9F级的2×393MW燃气蒸汽联合循环，德国西门子原装LNG燃机，上海电气的发电机及汽轮机，余热锅炉为三压、再热、卧式、无补燃、自然循环、燃汽轮机余热锅炉，该余热锅炉由杭州锅炉集团股份有限公司，引进德国西门子公司，全套燃气轮机余热锅炉设计技术，设计制造本套汽轮机余热锅炉。我厂分别在#1、#2余热锅炉烟囱顶部安装了一套ABB公司生产的EL3020型烟气排放连续自动监测系统（CEMS），该系统采用紫外差分吸收光谱法，即长光程差分吸收光谱法（DOAS）原理研制而成，成功实现了烟气排放（SO2、NOx、烟尘）在线实时自动监测。

1 系统介绍

1.1 烟气排放连续监测系统的定义

连续测定颗粒物和/或气态污染物浓度和排放率所需要的全部设备，英文名称“Continuous Emission Monitoring System”，简称“CEMS”。它是由采样、测试、数据采集和处理三个子系统组成的监测体系。

1.2 CEMS组成和描述

烟气CEMS由颗粒物CEMS和/或气态污染物CEMS（含O2或CO2）、烟气参数测定子系统组成。通过采样方式或非采样方式，测定烟气中的污染物浓度，同时测定烟气的温度、压力、流速或流量、烟气的含氧量，烟气的含水分量（或输入烟气含水量）；计算烟气污染物排放率、排放量；显示和打印各种参数、图表并通过数据、图文传输系统传输至管理部门。

1.3 烟气在线监测仪

1.3.1 烟气在线监测仪的构成和原理

YDZX-01型烟气排放连续监测系统包括烟气测试分析仪、氧量分析仪、流速仪、净化空气吹扫系统等几部分。烟气在线监测仪完成SO2、NOx、烟尘浓度的测量，流速仪完成对流速、烟气温度、烟气压力等的测量，经过RS232口传至现场工控机，完成数据采集、处理、存储。净化空气吹扫系统向测试仪镜片不断的吹扫，以保持测试仪镜片的清洁。

在整套设备中，烟气测试分析仪是核心，所有原始数据的获得全由它完成。分析仪主要包括光学系统、机械结构、电子学测量和控制系统等部分。

1.3.2 光学系统

光学系统是完成烟气光谱采样的关键。光学系统主要由发射和接收两大部分组成，包括光源、透镜、角反射器、狭缝和多道光谱仪等。光源发出的光经过透镜直接进入烟道中，通过烟气吸收后经角反射器返回，由狭逢进入光谱仪，由光栅分光，在光栅色散焦平面由二极管阵列探测器（PDA）接收。

1.3.3 机械结构

机械结构部分包括插入式气体采样管、二极管阵列探测器的线性检测及本底测量装置的机械驱动。考虑到烟道中温度很高，而且有SO2等腐蚀性很强的污染气体，所以气体通道包括测量槽及有关配件均采用不锈钢、透紫外光的石英玻璃材料制作。气体通道上的光学元件和密封元件均耐高温耐腐蚀。

1.3.4 插入式气体采样管

它是测量和采样的关键，将其置入烟道内，满足了连续在线监测的要求，省去了抽气方式中的长距离采样加热管道、过滤器、冷凝器等复杂装置，简化了系统设计，使系统安装和控制更方便。

1.3.5 工作过程

光谱法测量污染气体浓度是利用光在气体中传播时气体分子对光的吸收，在一定条件下，遵循朗伯-比尔定律，即光通过气体后，有一部分被吸收，其吸光度与气体分子浓度及气层厚度的乘积成正比。仪器利用气态污染物对特定波段的光具有吸收特性，选择波段在200～320 nm的紫外光作光源，因为在此波段内水分子和其它气体几乎没有吸收。入射光被污染物吸收后，经光栅分光，由高灵敏二级管阵列探测器测量吸收光谱，并由此经计算机根据Beer定律，利用反演算法得到污染物的种类和含量。

光源发出的宽带光谱经石英聚光透镜后通过光分束器，再由反射镜反射到准直透镜，通过前窗镜照射到探头后端的角反射镜上，探头窗镜上装有透光波段200～250 nm的紫外滤光片。角反射镜反射光按原光路返回到光分束器上，然后经过准直透镜照射到光谱仪的入射狭缝上，通过光栅色散形成光谱。高灵敏度线阵CCD探测器将光信号转变为电信号，CCD探测器输出的信号经前置放大器放大后送入高速信号采集A/D和CPU处理单元；控制处理单元的功能是将该信号数字化并存入存储器，然后由系统总控制单元采用适当地算法对其进行处理得到SO2、NOx浓度等信息。在数据分析和处理中采用硬件和软件平均滤波技术，构成了差分吸收光谱测量系统，从而使光源强度随着时间的慢变化不影响测量精度。由于计算是通过吸收峰来进行的，是由谱线的峰值和谷值来反演出来的，而粉尘只是对整条谱线起着衰减的效果，因此粉尘的变化不会对测量结果产生影响；监测过程烟气中主要吸收气体分布。

2 应用

烟尘、氧量、SO2、NOx温度、流速参量分别由烟尘监测仪、氧分析仪及变送器、热电偶、皮托管和压差传感器测量，这些仪器把测量结果传送到信号调理器（变送器），信号调理器（变送器）把这些信号转换成数字信号，以RS485方式传送到仪表间内的数据采集器。数据采集控制器汇集各智能化仪器的测量数据和系统工作状态并上报给控制中心的中心控制数据网络服务器，同时控制整套监测仪器的运行。控制中心主要由一台中心控制室数据网络服务器及其设备构成。控制中心目前的主要连接一个或多个前端数据采集器，控制中心最终数据与机组主控室中的DCS系统相连，在DCS系统上设定CEMS烟气连续自动监测区域，显示实时数据和系统运行状态。查看历史数据，可以图表形式显示历史数据，可对各种图形进行任意放大、缩小，图表显示排气量以及烟尘、SO2、NOx、O2、CO、CO2的排放量以当时相对应的发电负荷，各种数据报表的打印与输出。定时向管理部门发送排放数据报告，并可随时响应管理部门的远程数据查询。相关环保部门可以通过网络得到所监测各污染气体的排放数据的报告，起到了真实的远程监督的作用。

3 结语

在国家大力提倡发展减排增效的环保型燃气电厂中EL3020型烟气排放连续自动监测系统（CEMS）凭着系统工作可靠、运行费用低、安装简便、无需人员监守等优点，在该行业里起了重要的作用。该系统为我厂机组运行过程排放出烟气中的有害气体起到了实时监控的作用，同时也为我厂、相关环保部门提供了可靠准确的数据起到了重要的作用。