CEMS系統(tǒng)概述

火電廠在燃燒煤炭時所排放出的煙氣污染物中含粉塵、二氧化硫、氮氧化物，而 CEMS 系統(tǒng)可以根據(jù)上述污染物排放濃度和總量連續(xù)不斷地進行全天24小時的監(jiān)測。迄今為止，在低排放政資實施的大背景下，社會上的絕大多數(shù)火電廠正在加速內(nèi)部低排放系統(tǒng)的構(gòu)建，而煙氣在線監(jiān)測 CEMS 系統(tǒng)在其中是不可缺少的一項設(shè)備。


二、應(yīng)用與研究

1、對冷干直抽法 CEMS 的研究

典型的冷干直抽法取樣和預(yù)處理部分包括取樣探頭、取樣伴熱管線、過濾、除濕系統(tǒng)和取樣泵等部分，其目的是給分析儀器提供連續(xù)的潔凈(除塵)、干燥(除濕)、常溫樣氣，確保分析儀長期連續(xù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、少維護地協(xié)調(diào)運行，并延長其使用壽命。而作為火電廠低排放監(jiān)測系統(tǒng)冷干直抽法 CEMS 除濕系統(tǒng)的主要作用是把煙氣中的水蒸氣給去除?，F(xiàn)階段普遍使用的是冷卻除濕法，冷卻除濕法需要在很短的時間內(nèi)將水蒸氣冷凝，從而避免煙氣和冷凝水接觸(但它的機理造成了冷凝水和 SO2 必然發(fā)生接觸)。為l防止冷凝水結(jié)冰，其冷凝的溫度一般來說維持在 3~5℃即可，冷卻除濕法的主要形式為電子制冷和壓縮機制冷。冷干直抽法 CEMS 預(yù)處理系統(tǒng)的主要的一個目的就是除濕。煙氣在冷凝時會有冷凝水產(chǎn)生(普通熱電廠的水含量為 8~15%)。但如果伴熱管線加熱效果下降，有冷凝水析出,或冷凝器制冷效果不好，樣氣中的水份未被分離而析出;或冷卻儀的冷凝水蟠動泵管老化，致使冷凝水未能及時排出而被樣氣攜帶進入后續(xù)管道或儀器:另外在低溫度比較低的情況下(冷凝器中)，SO2 的溶解度升高，低量程的 SO2 會溶解入冷凝水而造成監(jiān)測分析的數(shù)據(jù)變小，甚至為零。

2、 應(yīng)用改進

面對在高濕、低量程必定 發(fā)生二氧化硫溶入冷凝水的問題，目前為止存在兩種方法可以規(guī)避或控制:(1)加注磷酸法，源自德國的煙氣在線監(jiān)測預(yù)處理系統(tǒng),供應(yīng)商考慮采用在整個伴熱管線或在冷凝器中加注磷俊的方法來控制 ,NO<1000mg/Nm及 SO2<900mg/Nm 范圍內(nèi)二氧化硫在冷凝水中的溶解問題。機理是通過磷酸在水中電離出的 H離子，阻止 SO2 與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進而生成 HSO2，大程度確保只有少量的 二氧化硫落入冷凝水中。2Nafion 干燥管除濕法，通過 Nafion 膜選擇性氣態(tài)除濕的方式來從根本上解決冷凝水析出的問題，并且保留煙氣中低量程的 SO2、NOX和 O2，有效確保分析的度和準(zhǔn)確率。由于 Nafion干燥管沒有機械運動部件，氣態(tài)除濕且無冷凝水析出，因而與冷凝器相比具有明顯的優(yōu)勢。

幾種煙氣在線監(jiān)測技術(shù)的性能比較
國內(nèi)火電廠煙氣在線監(jiān)測產(chǎn)品眾多，本文結(jié)合各種產(chǎn)品的運行情況，參考了擁有該種技術(shù)典型品牌產(chǎn)品的說明書，對低排放較為關(guān)注的量程、精度等重要指標(biāo)參數(shù)進行對比。其中小量程指的是小物理量程，而非軟件遷移的量程。
1.SO2和NOX監(jiān)測技術(shù)的比較
根據(jù)《固定污染源煙氣（SO2、NOX、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》（HJ/T76），按低排放限值計算，SO2和NOX量程應(yīng)不大于175mg/m3和250mg/m3。非分散紫外吸收/差分法分析儀的小量程滿足HI/T76標(biāo)準(zhǔn)要求，但CEMS系統(tǒng)的整體性能不但與分析儀本身性能有關(guān)，還受煙氣預(yù)處理系統(tǒng)性能的影響。
2.煙塵監(jiān)測技術(shù)的比較
在火電廠低排放改造中，煙塵濃度一般要達到10mg/m3以下。尤其以濕式除塵改造為主要技術(shù)路線的煙氣中水分含量較大，給煙塵的準(zhǔn)確監(jiān)測帶來挑戰(zhàn)。β射線法技術(shù)量程低，可達到低濃度煙塵監(jiān)測的精度要求，但其成套價格較高，且β射線裝置屬于放射源，國家輻射管理部門對其銷售、運輸、使用過程、報廢等都有嚴(yán)格的監(jiān)管，不便于應(yīng)用推廣，所以其在CEMS上應(yīng)用也較少。在實際應(yīng)用中一般是將煙氣等速抽取，經(jīng)升溫加熱使水分霧化不出現(xiàn)液滴，再通過光散射等低濃度測量方法進行測量；另一種是將煙氣等速抽取，將加熱干燥的空氣與其按一定比例混合稀釋，從而降低煙氣中的水分含量，再通過光散射等低濃度測量方法進行測量，結(jié)合混合氣體的稀釋比計算出煙塵濃度。這種方式采用低濃度測量原理，優(yōu)化了煙氣采樣和預(yù)處理，有效解決目前低排放改造中高濕低濃度煙塵在線監(jiān)測的問題，在濕式除塵后已有廣泛應(yīng)用。
3.煙氣預(yù)處理技術(shù)的比較
火電廠實施低排放改造后，煙氣污染物濃度大幅降低，在線監(jiān)測的適應(yīng)性取決于系統(tǒng)的檢出下限，而CEMS的檢出下限受分析儀本體和煙氣預(yù)處理裝置兩部分制約。在實際應(yīng)用的煙氣預(yù)處理中，直接抽取+冷干法占70%，均采用冷凝除水技術(shù)。該技術(shù)在冷凝過程中，冷凝水會吸收攜帶部分SO2和NOX，以致在低濃度工況下的監(jiān)測數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真甚至無檢測數(shù)據(jù)，不能滿足HI/T76標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。水分含量越高對測量結(jié)果影響越大，其中滲透膜除水技術(shù)對SO2測量的影響遠小于其他除水技術(shù)，其除水效果優(yōu)于其他技術(shù)。由此而知，在直抽法采用紫外吸收/差分法分析儀時，應(yīng)同時選用除水效果更好的煙氣預(yù)處理技術(shù)，否則監(jiān)測數(shù)據(jù)可能嚴(yán)重失真甚至檢測不出數(shù)據(jù)。在稀釋法取樣中，預(yù)處理側(cè)重于對稀釋氣體的處理，通常配備的壓縮空氣凈化裝置或者發(fā)生裝置，經(jīng)精密過濾和干燥，可將露點降至-40℃，不需要加熱采樣管線。在CEMS中，稀釋抽取法通常與紫外熒光和化學(xué)發(fā)光技術(shù)配套使用。
五、結(jié)束語：
綜上所述，低排放改造實施后，進出口煙氣特性差異較大，煙氣監(jiān)測對CEMS的系統(tǒng)配置提出了更高、更具體的要求，建議在可研或技術(shù)規(guī)范書里明確各測點不同污染物對煙氣取樣方式、預(yù)處理、分析儀的測量原理、量程、檢出下限等主要參數(shù)和選型的具體要求。

紫外煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)采用冷干完全抽取+除水除塵預(yù)處理系統(tǒng)，結(jié)合紫外法氣體分析儀，連續(xù)在線測量煙氣中的SO?、NO、NO?等污染氣體濃度，可通過增加非分散紅外模塊，連續(xù)在線測量煙氣中的CO?、CH? 、N?O等溫室氣體濃度，同時可監(jiān)測煙氣參數(shù)（溫度、壓力、流速或流量、濕度、含氧量等），通過數(shù)據(jù)采集與傳輸裝置將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至環(huán)境管理部門。紫外吸收法對氣態(tài)污染物進行分析，避免了水和粉塵以及碳氫化合物對分析儀的干擾。