CEMS在300MW火电机组中的应用

摘 要：本文以我厂CEMS系统为例介绍了300MW火电机组烟气连续排放监测系统的框架结构及其主要设备的工作原理，归纳了日常维护重点项目及常见的故障处理方法，并对今后的CEMS系统的发展方向进行了预测，为CEMS系统的日常维护工作提供了技术参考。

关键词：300MW火电机组；烟气连续排放监测系统；CEMS；烟气流量

引言

过去我国的污染物排放监测主要是以污染物浓度为主的监测，监测频次低，大部份污染源的排放是根据估算，随意性很大。这种情况极大地影响了排污许可证制度、排污收费等管理制度的实施。同时，由于污染源排放的基础数据是环境管理、规划、质量预测等的基础，不准确的数据极大地影响了我国环境能源及经济发展重大决策的科学性和准确性，因此，急需建立能够连续测量污染物排放总量的监测系统，烟气连续排放监测系统（简称CEMS）正是在这一背景条件下应运而生，为环境核查监测、排污收费、污染治理及实现污染物总量的控制提供了科学的依据。下面以我厂RSC-9000系列烟气监测系统为例介绍一下CEMS在火电厂的应用情况。

1 系统框架结构及原理

我厂采用的RSC-9000系列烟气连续排放监测系统有维护、运行两种状态，系统在正常运行状态下，为保护系统正常运行，仅可以进行系统的自动校零和反吹扫操作，前操作面板上的其它按钮不起作用；当系统处于维护状态时，即可以操作面板上的按钮，又可以进行系统手动反吹、人工系统标定工作。该系统由PLC协调控制，完成烟气连续监测，按系统功能结构可分为烟气分析子系统、烟尘检测子系统、辅助参数测量子系统及数据采集处理子系统四部分。

烟气分析子系统采用直接抽取的方式工作，主要由采样单元、加热管线、预处理系统、分析仪、反吹系统及标定系统等部分组成，用于二氧化硫、氮氧化物及氧气三种气体的浓度检测。样气采集单元自带加热装置，在探头加热装置中可以根据现场实际工况人工手动调节加热温度，达到预期加热效果，通常情况下探头的加热温度控制在120±10℃内。此外，采样单元配有2μm气孔的陶瓷过滤器，最大限度的克服堵塞，降低维护工作量。伴热管线配有由温度控制器、交流接触器、加热丝等构成的加热系统，确保样气温度在传输过程中保持在120℃左右，避免了水蒸汽凝结，影响测量结果。系统的预处理主要由冷凝器、换热管、蠕动泵、采样真空泵、取样/校准/反吹电磁阀组和精密过滤器等设备构成，完成烟气冷却、过滤、流量调节及标定、反吹扫时气路切换的任务，冷凝部分采用两级制冷，由冷凝器将烟气温度控制4-8℃，除去样气中的水分，从而满足测量干基浓度的要求。蠕动泵用于将冷凝器中的凝结水排出，输送至储液罐中。

烟气分析子系统还设置了温度、压力报警，具有全系统自动标定功能。仪表标定时，标准气体从采样探头标定口进入系统进行校准，能够减少取样管线及预处理管路对污染物吸附造成的误差，提高了系统的精确程度。

U23分析仪是烟气分析子系统的核心设备，它采用非分散红外测量技术、利用气体的吸收特性对气体浓度进行测量，其数学模型可由朗伯-比尔原理表达。以二氧化硫为例对其测量原理进行介绍，特定波长的红外光源通过敏感通道和参考通道组成的测量单元时，由于二氧化硫对光谱的吸收，使得从敏感通道得到的光信号有所衰减，且衰减的程度直接与二氧化硫的浓度有关，而参考通道的光信号不衰减，经光探测器检测及光电转换器的信号转换，就可以得到与二氧化硫浓度相关的电信号，再通过前置放大器放大、整流，再将信号传至CPU单元，计算出二氧化硫的浓度。氧量是采用电化学的方法测量，即在氧化锆管内外两侧涂制铂电极，用电炉对氧化锆加热，当氧化锆管内外壁接触氧分压不同的气体时，氧化锆管两侧就会产生氧浓差电势，当一侧氧浓度一定时，根据氧浓差电势即可得出另一侧氧量值。

烟尘检测子系统采用由光学部分、电路部分、校准器和反吹风机组成的RBW系列粉尘监测仪，该系列粉尘仪基于激光背散射原理工作，激光器发出的 650nm波长的激光束以一个微小的角度射入排放源，激光束与烟尘粒子作用产生散射光，背向散射光通过接受系统进入传感器转变成电信号。电路部分实现光电转换、激光束的调制、信号放大、解调、光源的功率控制、电压电流转换功能。校准器用于对仪器进入零点及跨度校准。这种基于光学原理工作的粉尘监测系统，易于受到颗粒物的颜色、粒径的大小、颗粒物的分布、烟气中的水雾或水滴、仪器镜面聚集尘和水雾等因素的影响，要求在其测量区域内不得有水滴、水雾，定期清洗光学镜头，维护工作量大。反吹风机在系统中确保粉尘仪的光学镜头不被污染。

辅助参数子系统主要测量烟气流量、温度、压力和湿度四个参数。流量采用皮托管配合微差压变送器测量，皮托管插入烟道中采集烟气流速的压力差，通过微差压变送器计算出电流信号，输出传送到PLC进行数据采集。流量反吹系统定期反吹皮托管，防止皮托管被烟气中的粉尘堵塞，影响测量准确度。温度检测通常采用热电阻配合温度变送器，将测量值转化成电流信号，传送到PLC进行数据采集。压力测量通过皮托管上的压力采样孔连接压力变送器直接测量。湿度是通过测量烟气在除水前后两个状态下的氧量值，依据氧量浓度差计算得出？

数据采集处理子系统由西门子S7-200系列的PLC及其拓展模块、上位机、数采仪等主要设备组成，具备数据采集、显示、存储、制表及数据转发等功能。PLC单元通过循环扫描方式实时监测输入输出通道的状态，更新内部寄存器的数据，完成现场参数采集运算及过程控制，并通过RS485串口与上位机的DAS软件系统进行实时数据通讯。通过上位机的DAS系统及相关的数据库程序完成现场采集、计算及数据存储，并可根据需要生成日报、月报及年报，便于环保核查。此外，上位机的DAS系统还具备数据发送功能，可将系统采集的实时数据以串口通信的方式传送至数采仪，并由数采仪上传至省、市环保平台，实现了省、市环保局对烟气排放情况的实时监管。

2 常见问题及其处理方法

由于我厂采用烟塔合一技术并脱硫工艺系统中未设置增压风机，致使CEMS运行中出现正压高、水分大的特点，经常出现取样头堵塞及水汽干扰测量的问题，因此，在日常维护中，应适当调高样气采集单元及伴热管线的温度，避免水汽凝结并吸附在陶瓷过滤器上，致使陶瓷过滤器沾灰堵塞，并缩短系统反吹时间间隔，加大反吹频率，提高系统运行的可靠性。同时，加强冷凝器排水情况的检查，避免因冷凝器排水不畅造成二氧化硫测量失真。此外，还应做好取样管路的严密性检查，确保气路无漏气现象，定期进行分析仪零点和量程校准工作及分析仪的性能测试。

在维护中出现真空泵后气路有水汽现象时，检查冷凝器的制冷效果以及蠕动泵的排水效果，及时更换损坏备件。特别注意检查蠕动泵胶管位置是否准确，胶管是否有磨损。若气路中有水汽不及时处理，将可能造成分析仪器进水，影响系统正常测量。

3 未来CEMS发展方向

CEMS系统长期运行中，抽气管道老化、接头松动引起漏气，管道加热丝熔断使烟气中水气结露等造成系统测量准确度下降，湿烟尘堵塞过滤器，造成系统不能正常工作等问题比较普遍。为了克服这些弊端，现场监测法开始得到广泛应用，现场监测法主要由直接在烟道中测量的测量元件，利用气态污染物吸收光谱的特性进行测量。现场监测系统的出现，使系统的结构变得更为简单、合理，不需标准气体去标定仪器，但烟气对传感器的污染，在高温、高湿条件下传感器的稳定性有待在今后的应用中进一步考验。

由于科学技术的不断发展与创新，还有越来越多的新技术将得到应用，如国外已经将遥感技术应用于CEMS中进行研究与应用，一个方便、准确、快速的CEMS 将在未来得到广泛应用。