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摘要:在国家环保对燃煤电厂超低排放要求下，脱硫CEMS仪表的设备选型决定了投产后运行的准确性和可靠性。本文根据超低排放CEMS分析仪、烟尘仪的测量原理以及特点，分析了当前超低排放CEMS系统设备的选型，为其他机组脱硫CEMS超低排放改造提供了借鉴。
关键词:超低排放 分析仪
Under the State Environmental Protection requirements for ultra-low emission coal-fired plants, desulfurization system CEMS instrumentation equipment selection determines the accuracy and reliability of post-production operation. Based on the ultra-low emission CEMS analyzers, smoke meter measuring principle and characteristics, analyzes the selection of the current ultra-low emissions CEMS system equipment, and give a number of recommendations, provide a reference for other ultra-low emission desulphurization CEMS.
KEYWORDS: Ultra low emission Analyzer
1 概述
国家环保部、国家发改委、国家能源局三部委于2014年印发了“《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》”文件要求：到2020年，现役燃煤发电机组改造后大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米）。本次要求严格高于现行火电行业执行的GB 13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》中关于污染物的排放标准[4]。对于在线监测CEMS提出了更高的要求。
2 目前国内火电行业CEMS现状
目前国内火电行业，CEMS均按照现行的HJ/T 75-2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》及HJ/T 76-2007《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及监测方法》配置，其常见的监测方法如下：
加热抽取式采样+非分散红外分析
加热抽取式采样+紫外差分吸收法
稀释抽取式采样+紫外荧光（SO2）、化学发光（NOx）
原位光谱法
（1）其监测指标均满足以下要求：
标准中规定，当气态污染物浓度≤20μmol/mol时，绝对误差≤±6μmol/mol，而“超低排放”指标要求SO2＜35mg/m3，可见现场有CEMS误差应用于“超低排放”误差极大。
（2）超净排放环境下CEMS面临的挑战
目前，超净排放环境下CEMS，由于诸多原因影响，均不能保证现有CEMS在“超低排放”条件下准确测量。原因主要包括：
a)采样管路吸附,待测气体损失。
b)待测气体溶于水，造成气体损失，管路腐蚀。
c)分析仪表量程大，造成仪表精度低，误差大。
3 常见“超低排放”CEMS监测方法
目前部分省市对“超低排放”CEMS提出了更严格的技术要求，常见的监测方法如下：
冷干法
此种方法所测量的气体浓度值一般为干基浓度值。
采用Nafion管渗透除水取代压缩机冷凝除水，有效的消除待测气体溶于水的问题。
配置快速旁路，减少系统滞后时间，减低预处理管路的吸附。
选用低量程的NDIR（非分散红外法）分析仪，如西门子的ULTRAMAT 23型,SO2可测量0~100mg/m3，监测下限为1mg/m3。
高温红外法或傅里叶红外法
高温红外法测量技术，其测量原理如图2所示。该种类型的测量方法一般可测量烟气中的水分含量，可对所测量的浓度进行换算成干基浓度值亦可显示湿基浓度值。
该种方法一般采用可测量十几到几十个气体组分。
采用全程高温，气体的采样传输及分析均在高温下进行，控制温度在180℃以上，此温度点高于一般烟气的酸露点，避免待测气体溶于水。
此种方法一般配置大流量抽取泵，减少了样气在管路中停留的时间，减少吸附。
高温红外分析仪器或傅里叶分析仪一般可测量量程均比较低，一般为几十毫克/标方。
稀释抽取法
高温抽取稀释加激光前向散射测量技术，其测量原理如图1所示。取样风机以恒定的速度将零空气注入到射流取样器中，射流取样器产生负压来引流样气及稀释气体。样气通过高温加热的Probe，稀释风机以一定的速度注入稀释零气到高温探头和样气混合，混合后的稀释样气经过高温球阀后进入测量腔室，用激光前向散射的测量技术进行测量。稀释气体管路上装有流速及温度传感器，可以准确测量单位时间内稀释零气的体积；稀释后的气体管路上同样装有流速及温度传感器，稀释后样气单位时间内的体积也是可以准确测量的；稀释后腔室单位时间内气体的质量除以单位时间内抽取样气的质量就是稀释比[1]。
该方法具有很强的适应性，可以分析各类样品气体，在各个行业都有比较广泛的应用。该方法经过对样气处理后，样气比较洁净，对分析仪的污染比较小，系统的稳定性和准确性都比较好，便于长期运行，初次投资后后续维护成本较低、维护量小。该方法分析机柜放在专门的房间内，对粉尘、温度和湿度可以通过空调进行控制，保证了分析仪的工作环境，延长分析仪使用寿命。由于该方法检测过程中，去除了水分，所以，测量结果为干烟气中的数值，其符合我国的环保法规。
图1 高温抽取稀释加激光前向散射测量方法
3 监测方法的比较及分析
上述几种方法均能应用于“超低排放”气体的监测，但各有优缺点，通过对现有监测技术参数的对比可知，紫外荧光法和化学发光法可以达到更低的量程和检出下限，较非分散红外/紫外吸收法更适合超低浓度SO2和NOX的在线监测，抽取式高温光散射法更适合湿烟气低浓度的烟尘测量[4]。现就上述方法比较如下：
4 关于CEMS选型及建议
任何一种监测技术的量程、精度都有其适应性，而非通过软件任意修改量程就可满足现场运行要求。CEMS系统的性能取决于分析仪本身性能和烟气预处理两部分，并非通过更换一台低量程高精度的分析仪就可以满足现场要求。
不同监测原理的分析仪其烟气采样和预处理的技术也是不同的，例如紫外荧光法和化学发光法通常是采用稀释法采样，而非分散红外/紫外吸收法通常采用直抽伴热法采样+冷凝除水处理[5]。根据对CEMS的认识及一些体会，在CEMS选型应该注意以下几个方面：
a)在技术规范书里明确各测点不同污染物对烟气取样方式、预处理、分析仪的测量原理、量程、检出下限等主要参数和选型的具体要求。
b)脱硫和脱硝入口CEMS仍可采用常规的预处理装置和非分散红外技术测量SO2和NOX浓度，除尘器前可采用光透射法测量烟尘浓度。
c)在脱硫和脱硝出口特别是湿式除尘后，SO2和NOX的测量优先采用紫外荧光法和化学发光法技术;若采用直抽法非分散紫外吸收/差分法分析仪时，应同时配备除水性能更优越的膜渗透烟气预处理技术[2]。
d)在脱硫出口特别是湿式除尘后，优先采用抽取高温光散射法测量烟尘浓度。
参考文献：
[1]超低排放湿式除尘烟尘监测技术在火力发电厂中的应用[J],科技创新导报,2015,27:75-76.
[2]蒋妮娜,张林,熊学云,等．湿式电除尘器 技术概述[J].黑龙江科技信息,2014(8):95-96．
[3]郦建国,舒英钢.适应新烟尘排放标准的电除尘集成技术[J].山西电力石油石化节能与减排,2012,2(4):35-41.
[4]GB13223-2011.火电厂大气污染物排放标准[S].中国环境科学出版社,2011,7.
[5]陈晓雷.火电厂PM2.5 治理技术探讨[J].中国环保产业,2012,7(2):30-34.
论文作者:马建伦,陈志强,薛广伟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第14期
论文发表时间:2016/10/13
标签：测量论文; 烟气论文; 超低论文; 气体论文; 浓度论文; 分析仪论文; 量程论文; 《电力设备》2016年第14期论文;