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文档简介

开学发展技术庆祝 烟气连续排放自动监控系统的应用 丁 卉 , 孔凡新 , 付丛伟 , 贾美芹 , 马 彦 , 孔国强 山东华聚能源济东分公司 摘要 : 本文结合华聚能源济东分公司烟气排放连续监测系统( CEMS)的应用实例,着重介绍了 CEMS 的结构组成和使用情况。 关键词: CEMS 在线检测 二氧化硫 环保 1.1 前 言 目前,我国燃煤装机电站占全国发电装机总量的 74,发电量占全国发电量的 81以上,燃煤电厂排放的二氧化硫已接近全社会排放总量的 50。随着煤炭转换为电力比重的提高,这一比例将会进一步增大。火电厂作为二氧化硫排放大户,控制二氧化硫排放已成为我国 控制大气污染的重中之重。 华聚能源济东分公司 2000 年建成投产,是一家拥有两台装机容量为 6000kWh 的抽凝式汽轮机组、三台 35 /循环流化床锅炉的热电厂。所在地区济东新村居住人口达 5 万余人,居住面积约 30 万平方米,周围是广阔的农田。济东分公司为其提供电能、蒸汽以及冬季供暖。 初期,主要配套环保设施为三台静电除尘器,用于清除烟气中的固体粉尘颗粒,消除黑烟。但是, SO2 及其他氮氧化物的排放和监测却没有任何措施和设施。燃煤造成的煤烟型污染使周围的大气质量难以达到良好环境空气质量的标准,燃煤排放的 SO2 甚至造成 附近产生酸雨。另外,随着发电量的提高, SO2 的排放量也随之加大,与日益开学发展技术庆祝 严格的环保要求发生了剧烈的矛盾, SO2 的治理工作已势在必行。 1.2 国家制定的火电厂二氧化硫污染控制政策 针对火电厂二氧化硫的排放现状,近年来,国家出台了一系列的法规、政策。 2003 年 1 月国务院颁布了新的排污费征收使用管理条例,有关部委配套出台了新的排污费征收标准管理办法、排污费资金收缴使用管理办法,同年 7 月 1 日,全国按新的标准和办法征收和使用排污费,其中二氧化硫排污费由“两控区”收费变为全面收费,且收费标准由 0.20 元 /Kg 分 3 年提高到 0.63 元 /Kg。为了进一步严格控制火电厂二氧化硫排放,国家环保总局于 2003 年 12 月23 日颁布了新修订的火电厂大气污染物排放标准。该标准已于2004 年 1 月 1 日正式实施。可以预见,在以后的几年内,火电厂将面临着更为艰巨的二氧化硫控制任务。 1 从上述分析来看, 在火电厂装设 烟气连续排放检测 系统( CEMS-Continuous Emission Monitoring System)既是法定要求,已在国家行政管理、环境规划、技术政策中明确体现,不仅是环保管理的需要,也是电力企业生产管理、竞价上 网的需要,对企业、行业、政府管理科学化都将产生重要而深刻的影响。 2.1 华聚能源济东分公司 CEMS 的组成 华聚能源济东分公司为 35T/H 矸石循环流化床锅炉,燃用矸石,灰分较高,烟气工况较恶劣,在烟气处理系统的配置方面要充分开学发展技术庆祝 考虑系统性能指标应在满足运行工况下实现连续稳定运行。华聚能源济东分公司选用德国 Buhler 公司生产的在线式分析仪及配套的数据采集系统,可监测 CO、 NOx、 SO2、浊度、烟气流速和 O2,该套系统安装于烟囱 30m 标高处。 2.2 华聚能源济东分公司 CEMS 的组成和各部分工作原理 华聚能源济东 分公司的 CEMS 由下列设备组成:( 1) U23 系列多组分红外气体分析仪;( 2) DR 216 型粉尘监测仪;( 3) TF100型流量、温度测定仪;( 4)数据采集和处理系统。该套 CEMS 设备见表 2: 表 1 华聚能源济东分公司 CEMS 设备 序号 设备名称及部件 型号规格 单位 数量 生产厂家 1 采样分析系统 米 1.1 采样管线 套 1 国产 1.2 采样探头(包括控 制器) 台 1 德国 Buhler 1.3 SO2/NOX/O2 分析仪 U23 台 1 德国西门子 1.4 仪器控制柜 (长 宽 高) 800 600 2100 套 1 德国威图 1.5 预处理 套 1 德国 Buhler 1.6 系统反吹装置(含空压机、空气净化装置) 套 1 德国 Buhler 2 测尘仪 DR 216 套 1 德国 Durag 3 流量、温度仪 TF100 套 1 加拿大塞尔 瑟斯 4 压力计 套 1 加拿大塞尔 瑟斯 5 系统控制装置 V4 套 1 5.1 PLC S7 200 套 1 德国西门子 5.2 软件 套 1 国产 开学发展技术庆祝 6 数据采集系统 套 1 6.1 计算机 P4/256M/40G 台 1 国产 6.2 打印机 HP1010 台 1 美国惠普 6.3 软件 套 1 国产 7 标气 8L 瓶 2 国产 2.2 各监测仪及其工作原理 各监测仪的测定原理不同,各项技术指标也各有差异。具体见表 2。 表 2 华聚能源济东分公司 CEMS 设备的监测仪组成及相关技术指标 功 能 烟气监测 SO2、 NOX 监测 测定成分 粉 尘 SO2、 NOX 测定原理 在线式不透光度法 全抽取式红外吸收法、采样流量 2L/min、流量误差 0.1L/min、伴热管温度 140, 160。 响应时间 10S 20S 准确度 系统误差 5% 系统误差 5% 监测范围 01000mg/m3 标况 SO2: 01000mg/m3 标况 NOX: 01000mg/m3 标况 最低监测下限 1mg/m3 10mg/m3 零点漂移 2%(24 小时 ) 0.5mg/m3(24h); 2%(168 小时 ) 满量程漂移 5%(24 小时 ) 2.5 满量程 /24h; 2.5%(168 小时 ) 线性度 1% 1.5% 显示器 带有背照光源液晶显示 (分辨率 400 线以上 ) 校准方式 自动校准方式 电源 AC220V 10% 50Hz 5% 主要接气材质 不锈钢、聚四氟乙烯 采样条件 -410kPa;温度 0300 ;流速 030m/s 周围温度影响 可以允许周围温度条件内的 5变化 周围允许条件 环境温度: -20+40;温度: 90%;使用场所无严重腐蚀、易燃易爆气体、尘埃、强电磁场干扰及震动。 2.2.1 U23 多组分红外气体分析仪 该分析仪由 4 部分组成:( 1)光学单元。包括用于发射和接收红开学发展技术庆祝 外光的红外线发射器及接收器。( 2)信号处理单元。处理 来自接收器的数据,提供 4 30mA 信号输出及串行数据连接口,并对分析仪的工作状态进行诊断。( 3)校准单元。用于在线满量程及零点校准。( 4)供电单元。用于仪表供电及接点输出。 该分析仪采用热管抽取式红外分析法对各种污染物进行测量。烟气由采样探头抽取,由陶瓷过滤器滤除 2 以上的颗粒;为了防止样气中水分冷凝,溶解 SO2、 NOX 影响测量准确度,而对样气采取加热处理,并由伴热保温导气管进入主机柜。样气进入主机柜后,先进入烟气预处理装置将水分等从样气中分离出去,并使样气温度适当降低,降温至 5,使样气和水分彻底分离, 完全消除水分的影响。再经过一级细过滤彻底清除微尘的影响,得到比较纯的样气,进入分析仪。 利用 SO2 分子、 NOX 分子分别在特定红外区有强吸收的特性,对组分进行测量。同时利用化学传感器测氧含量、利用 PT100 检测烟温、压力传感器测量烟道压力、利用以上参数换算成标准状况。用热导式流量计测量烟气流速。 U23 系列分析仪的特点:( 1)用户可根据需要最多选 4 个测量参数通道;( 2)提供串行数据接口,通过 CCL 与数据采集系统进行数据传输;( 3)可选用 3 种显示单位: mg/m3、 mg/Nm3 和 ppm; ( 4)可选择 4 种滚动平均值,时间范围为 10s 30d;( 5)信号处理单元的LED 可提供诊断、测量信息;( 6)可自动校准零点。 开学发展技术庆祝 2.2.2DR 216 粉尘监测仪 粉尘监测仪为单光程透射型光学测尘仪,测定原理是朗伯比尔定律。 当一束单色光(例如激光束)穿过含有颗粒物的气体时,光束的强度会因颗粒物对光的吸收及散射而衰减。入射光强的衰减程度符合朗伯比尔( Lambert-Beer)定律 。当一束光通过含有颗粒物的烟气时,其光强因烟气中颗粒物对光的吸收和散射作用而减弱。由不透光度仪测定参比光强 IO 和光速通过烟气后的光强 I,由 I/IO 的比值,即光穿过介质的透过率定量烟气中颗粒物的浓度。该监测仪可实现系统的自动校零、校标。使系统的测量精度进一步提高,得出的数据最为可靠。 DR 216 粉尘监测仪的发射 /接收装置由感光头(包括光源、检测器、光学配件)、校验透镜、控制 /测量的电气回路组成;其光源采用高能二极管,发射波长 637nm 的可见光,频率为 600Hz;有 2 种校准方法,即基本校准法和正常校准法。基本校准是在烟道清洁的情况下确定零不透明度,并设置仪表的增益常数。该校准在出厂前完成。正常校准的目的是检测感光头窗口的透光系数,从而确定 窗口的污染程度。该监测仪的正常校准可在线自动进行。 2.2.3 TF100 流量、温度测定仪 TF100 流量、温度测定仪是采用 CROSS-CORRELATION 技术来测量烟气流速。它由 2 个变送器及信号处理器组成,每个变送器都配有 1 个宽带红外线监测仪,将检测到的光信号转换为电压信号并送开学发展技术庆祝 至信号处理器,零点及满量程由处理器自动校准。 2.2.4 数据传输收集系统 CEMS 的数据传输采集系统由串行数据线,中心控制单元( CCU)、数据采集处理单元组成。利用串行数据线实现各分析仪之间安全、双向的数据传送。 CCU 是数据传输的心脏,它提供各分析仪监测数据与 PC 机之间的数据接口。 PC 机通过数据采集处理软件实现对数据的采集、计算、存储、图形显示、报表输出、远程诊断等功能。 2.3.检测结果及分析 数据处理按固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法( HJ/T76-2001)进行。 分别比较了 CEMS 法和参比方法 测定烟气中颗粒物浓度、二氧化硫浓度、氮氧化物浓度的测试结果,相应测试结果比较 见表 3、表 4 和表 5。 表 3 CEMS 法和参比方法测定烟气中颗粒物 浓度 结果 比较 序号 CEMS 显示值( mg/m3) 参比法( mg/m3) 1 241 252 2 249 227 3 212 269 4 220 230 5 213 246 6 238 230 开学发展技术庆祝 平均值 228.8 242.3 由表 3 可知,对颗粒物检测结果的相对准确度为 5.6,符合标准规定的不超 15的要求。 表 4 CEMS 法和参比方法测定烟气中 SO2 浓度 测试结果 比较 序号 CEMS 显示值( mg/m3) 参比法( mg/m3) 1 425 414 2 448 430 3 447 421 4 445 427 5 432 421 6 436 418 平均值 438.8 421.8 由表 4 数据可以看出 , 用 CEMS 方法 对 SO2 检测结果的相对准确度为 4.1,符合标准规定的不超 15的要求。 表 5 CEMS 法和参比方法测定烟气中 NOx 浓度 结果 比较 序号 CEMS 显示值( mg/m3) 参比法( mg/m3) 1 197 176 2 189 168 3 196 179 4 199 202 5 200 207 6 202 183 平均值 197.2 185.8 由表 5 可知,对 NOx 检测结果的相对准确度为 6.1,符合标准规定的不超 15的要求。 从对比试验结果来看, CEMS 系统的要求技术性能指标均符合固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法( HJ/T76-2001)规定的技术指标要求。 华聚能源济东分公司的 CEMS 安装后进行了 3 次调试,该系统开学发展技术庆祝 实时监测的 SO2、 NOx 数据与电厂用便携式测量仪测得的数据对比见下表 6。 表 6 CEMS 测试系统和电厂便携式测量仪测试数据比较 项目 便携式测量仪( mg/m3) CEMS( mg/m3) 相对误差() SO2 1026.14 977.85 4.70 1049.37 1009.32 3.80 1078.45 1123.65 4.20 NOx 567.93 539.74 4.96 539.83 562.29 4.1 534.31 507.59 5.00 由表 6 比较可以看出, CEMS 系统数据的实时性

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