1000MW机组火力发电厂烟气连续排放CEMS监测系统的研究与探讨

1000MW 机组火力发电厂烟气连续排放 CEMS 监测系统的研究与探讨
发布时间：2021-10-20T03:08:51.178Z 来源：《中国电业》2021年16期作者：马超
[导读] 为了防止大气污染的加剧，2014年9月12日，国家发改委、国家环保部
马超
广东大唐国际潮州发电有限责任公司，广东潮州515723
【摘要】为了防止大气污染的加剧，2014年9月12日，国家发改委、国家环保部、国家能源局联合发文“关于印发《煤电节能减排升级
与改造行动计划(2014—2020年)》的通知”中要求，在各方面技术的支持下，利用检修期间进行了技术攻关，对脱硝系统、脱硫系统和除尘
系统进行升级，实现超低排放，并对相应的CMES仪表进行了低浓度测量优化，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。

【关键词】烟尘；二氧化硫；氮氧化物；超低排放；零排放；1000MW；数采仪；烟气排放；CEMS;
ABSTRACT:Inordertopreventtheaggravationofairpollution,inSeptember12,2014,thenationaldevelopmentandReformCommission,theStateEnvironmentalProtectionDepartm 2020)"therequirementsofthenotice",inallaspectsoftechnicalsupport,theoverhaulperiodoftechnology,upgradingofdenitrationsystem,desulfurizationsystemanddustremovalsyste Keywords:Smokeanddust;sulfurdioxide;nitrogenoxides;ultralowemission;zeroemission;1000MW;digitalproductionequipment;fluegasemission;CEMS;
1、引言
严格执行现行国家标准和行业标准。

应遵循的主要现行标准如下。

本技术规范出版时，所示版本均为有效。

所有标准都会被修订，供
需双方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

有矛盾时，按现行的技术要求较高的标准执行。

HJ/T75-2017《火电厂烟气排放连续监测技术规范》
HJ/T76-2017《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》
GB/T16157-1996《固体污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》
烟气排放连续监测系统（ContinuousEmissionsMonitoringSystems，CEMS）是大气污染排放的气态污染和颗粒物进行浓度和排放总量连
续监测并将数据信息实时通过环保数采仪上传至环保主管部门，是环保部门全面了解污染物排放的重要手段，火力发电厂机组污染物排放
实时在线监控仪表是脱硫系统、脱硝系统及机组运行的重要工具，目前环保部门要求各电厂环保数据必须直接从仪表中直接读取，不得转
接，环保仪表输出一路直接通过数采仪上传环保局，一路上传就地环保CEMS数采仪、一路上传至DCS系统，这就对CEMS运行的可靠性提
出了更高的要求。

为了认真落实《火电厂大气污染物排放标准》及实施细则的要求，实施超低排放改造，在各方面技术的支持下，利用机
组检修期间进行了技术攻关，对脱硝系统、脱硫系统和电除尘系统进行了升级，实施超低排放，并对相应的CEMS仪表进行了低浓度测量优
化，以保证测量的准确性与可靠性，确保满足环保政策要求，履行社会责任。

2、超低排放的总体设计实施路线
本次超低排放改造将以在湿法脱硫后的烟囱出口含烟尘浓度不大于5mg/Nm3的超清洁排放标准为目标，采用的方案：对干式电除尘器
脉冲电源三电场改为高频电源，使电除尘器出口烟尘浓度不大于20mg/Nm3，脱硝系统按照新增一层催化剂，脱硝效率达到90%，并增加备
用层声波吹灰器，吹灰器数量为每台机组14台。

脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，是目前世界上技术最成熟，应用最广泛的脱硫工
艺。

要保证脱硫效率，首先从分析影响脱硫效率的因素入手，主要有以下因素，塔内烟气流速，液气比，吸收塔区高度，吸收塔奖池容
量，吸收塔奖池pH值，烟气分布均匀性等因素。

我公司在此次超低排放改造，综合考虑以上因素，增加吸收塔高度，吸收塔高度是指吸收
塔烟气入口至最高喷淋层之间，烟气与浆液接触发生反应的有效区段。

在烟气流速确定的情况下，吸收塔高度越高，反应越充分脱硫效果
越好。

在原用四台浆液循环泵的基础上，新增加一台浆液循环泵。

合理布置喷嘴，强化优质效果。

优化喷嘴密集布置，覆盖率达300%以
上，脱硫系统改造按照原有脱硫塔改造一层+新增一层喷淋层+塔内增加湍流层的方案，改造后脱硫塔内喷淋层为5层，脱硫吸收塔出口二氧
化流控制在50mg/Nm3。

3、超低排放改造后CEMS基本情况
3.1安装位置
通过长期观察与计算以及利用理论与实际相结合，将CEMS探头以及仪表取样点安装在烟囱中段110m（烟囱4楼平台）处。

相比于安装
在吸收塔出口烟道处的测点，在烟囱中段安装的最大优势在于有足够的空间使烟气中各种物质均匀分布于测量截面处。

因此确保了所测量
的各个参数有充分的代表性。

3.2安装设备
在测点安装处即烟囱110m有一下探头：压力变送器、温度变送器、差压式流量探头及吹扫装置、湿度探头、稀释探头（SO2/NOX分析
仪表用）、烟尘测量探头、氧量测量探头以及二次表。

在仪表小间内设有：SO2分析仪表、NOX分析仪表、环保数据数采仪、打印机、稀释探头加热丝温控器、探头电源箱、各个参数传输
用隔离端子、防雷装置、各类分析仪表用标气。

4、CEMS系统详述
4.1系统组成
我公司提供的CEMS系统是针对污染源烟气，用工业型仪器对其NOx、SO2、O2含量、等进行连续测量，CEMS系统由以下四部分组
成：烟气成份连续监测系统、颗粒物浓度检测系统、流量检测系统、DAS系统。

4.2测量原理及设备特点
4.2.1脱硫出口烟尘浓度仪
为了更全面地了解超低排放烟气污染物的监测技术，特别是烟尘监测仪表的最新技术，为烟尘监测设备的选型和优化提供更多的依据
和资料，确保采用的系统测量准确、稳定、可靠并满足超低排放工艺过程控制和环保排放监测的要求。

通过对电厂实地调研、学习、机组
实际运行工况，采用英国PCME（总排出口）烟尘测量仪，PCME烟尘仪是一种适合湿烟气颗粒物实时在线测量的颗粒物监测系统，其测量
原理是基于颗粒物对激光的前向散射的特性设计而成的。

其测量原理取样风机（可调速）以一定的速度将零空气注入射流取样器，从而产
生负压，将烟道样气从取样探头处抽取到雾化腔室，水汽在雾化腔室内气化后进入测量单元，进行颗粒物的测量。

零空气和烟道样气混合
后由尾气排放口注入烟道。

其以射流取样及高温雾化腔室完成对烟道气的采集及预处理，达到常规探头正常运行所需的外部条件，从而顺
利实现对湿烟气中颗粒物的实时在线测量。

4.2.2脱硫SO2仪表
经过对脱硫系统的提效优化，在脱硫进口烟气SO2浓度低于1200mg/Nm3以下时，总排出口烟气中SO2浓度长期低于17mg/Nm3，脱硫效
率达到99%以上，低于排放标准35mg/Nm3。

现场测试数据表明，低浓度CEMS系统检出限是判断自动监测系统是否适用的关键指标，目前
检出限较低的是烟道内稀释抽取法+脉冲紫外荧光法SO2自动监测系统满足低浓度SO2监测要求。

鉴于原加热装置时常出现的稀释探头过滤装置被堵塞导致的腐蚀和音速小孔损坏的情况，我们为加热套筒加长了前端保护管，形成了
一个30CM的湿烟气缓冲区，这样经过缓冲区以后，烟气中的浆液等物质都已经被除去，不会再出现由于浆液附着导致的腐蚀和堵塞。

此前
端取样延长管的长度和厚度是很关键的因素，长度越长，防浆液堵塞的效果就越好，但长度过长，就会影响到仪器取样测量的精度，同时
还会对后部支撑产生压力；厚度越厚，防腐蚀的效果就越好，但此装置工作在烟气流速约10m/s的烟道中，加上自身重力，不利于固定和支
撑。

经过反复的计算和近两个月的试验，最终确定长度30cm，厚度为2mm。

4.2.3脱硝系统
脱硝系统CEMS仪表分析系统由4台APIT200型NOX分析仪，2台NH3分析仪器、4套预处理系统和相应管路等组成。

2012年7月份初取样探头改造成直接插入抽取式，取样探头伸入到烟道内两米处，通过取样泵抽取样气，样气经过伴热管线、预处理系统最终至氮氧化物分析仪表进行样气分析。

系统有定时自动反吹探头功能，每6小时对探头进行反吹，防止灰尘堵塞取样探头，通过改造提高了系统的严密性，减小氧量测量误差，减小了总的氨氮物料平衡误差。

T200型NOx分析仪采用化学发光检测法，先进的微处理技术提高了灵敏度、稳定性，适用于环境和排放场所NO、NO2和NOx的监测需要。

通过化学发光法测量样品气与臭氧的混合气体计算得到NO的总含量；使用催化活性转换器将样品气中所有NO2转化为NOX，并通过以上原理检测，结果报告为NOx总含量。

下面对脱硝CEMS系统在使用过程中出现的问题进行分析与处理
4.2.3.1NOX质量浓度倒挂问题
机组运行期间脱硫系统出口NOX曲线高于脱硝系统出口NOX曲线，即脱硫系统出口NOX质量浓度高于脱硝系统出口，出现NOX质量浓度倒挂现象（说明：烟气的路径是先经过脱硝系统再脱硫系统最后从烟囱排除，因此理论上NOX质量浓度应该递减，即脱硫系统出口低于脱硝出口），不符合逻辑。

4.2.3.2测点位置无代表性问题
当机组负荷1000MW，脱硝效率70%时，A、B侧出口分别取1个侧孔的NOX质量浓度（注：CEMS的取样孔位置与测量孔位置并不一致，因此CEMS显示值与测量值有偏差），每个测孔NOX质量浓度不相同，大致为中间的测孔NOX质量浓度较低，两侧的测孔较高，这与每个测孔对应的喷氨手动门开度及烟气流场有很大关系，A、B侧出口CEMS取样探头测孔均靠近中间的测孔，故CEMS值较低。

由于CEMS 值较低，通过氨氮平衡计算，理论所需NH3量明显大于实际喷氨量，造成氨氮平衡误差范围超过允许误差值。

4.2.3.3问题的处理方法
针对上述暴露出来的问题，通过分析得出，机组检修增加一层催化剂投入使用后，喷氨浓度及风道流场与之前相比，发生了一定的变化，CEMS脱硝系统出口NOX质量浓度测量不能代表当前工况，造成CEMS探头位置喷氨量比其他几个侧孔位置喷氨量多，这样就使得脱硝效率达到，但截面上其他位置浓度依然高，混合到脱硫系统出口的NOX质量浓度比脱硝系统出口高。

由于CEMS值偏低，理论所需NH3升高，进而造成物料平衡误差增大。

因此结合该厂实际，准备通过采取以下方案优化控制，来减少NOX质量浓度倒挂和物料不平衡的现状。

4.2.3.4喷氨优化调整
通过对SCR装置喷氨优化调整试验来优化反应器入口喷氨均匀性，并进行性能试验;对A、B侧喷氨手动门组进行重新定位（即调整喷氨浓度场），使各测点的NOX质量浓度的矩阵计算误差在允许范围内。

4.2.3.5脱硝系统改造为多点取样
增加脱硝系统进、出口NOX取样探头的数量，采用单侧三探头取平均的方式，脱硝系统A/B侧进出口分别安装3套取样系统，经过三路独立的预处理处理后由混合瓶混合后进入分析仪。

独立的三套采样装置和预处理装置，同时运行，功能完全独立，可以认为是原来的三套采样预处理系统，每路独立抽气，供气均匀，每路安装均有流量计，以此来监控每路样气流量状态，并根据相关测试结果，重新选取CEMS 探头测点位置，移位到NOX质量浓度能真实反映NOX质量浓度平均值的测孔，以保证NOX质量浓度测量的代表性与准确性。

通过改造，A、B侧进出口分布改为7点取样混合进分析仪表后，NOX、氧量测点测量稳定，基本已经能反映整个截面的NOX质量浓度、氧体积分数。

5、结束语
通过1000MW脱硫烟气超低排放技术探讨与应用的实践情况来看，采取一系列的优化措施及技术方案是可行的，在机组168期间及机组正常运行期间，主要污染物粉尘排放浓度2.1mg/Nm3，二氧化硫排放浓度5.5mg/Nm3，氮氧化物排放浓度25.9mg/Nm3实现了超低排放（零排放），超低排放改造为环保、节能减排工作奠定了基础，是环保工作的一次革新，体现了公司贯彻落实党中央/国务院的方针政策的决心。

在环保形式日益的今天，将为下一步燃煤机组的改造提供依据和创造条件。

参考文献：
[1]HJ/T75-2007，固定污染源烟气排放连续监测技术规范（试行）
[2]HJT_76-2007_固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法（试行）
[3]火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011
[4]大唐集团2016年热工专业技术交流会专题材料汇编
马超1986，男，辽宁阜新。

工程师，大学本科，从事电厂热工自动控制技术及脱硫脱硝环保的应用与研究工作。

通讯地址：广东省潮州市饶平县柘林镇大唐国际潮州发电有限责任公司
邮编：515723
联系电话：138****2935。