CEMS设备在“近零排放”下的选型分析

CEMS设备在“近零排放”下的选型分析(李大鹏神华国华寿光发电有限责任公司)摘要：CEMS设备选型决定了投产以后的运行质量。在“近零排放”的背景下，通过比较烟气分析仪，采样系统，烟气粉尘的测量方法及特点，对CEMS设备的选型提出了自己的看法，为CEMS系统的设计和应用提供了借鉴。关键词：CEMS选型近零排放低量程测量比较一、背景“雾霾”作为中国目前使用率最多的词汇，使环境保护理念深入人心。大气污染治理的日趋严格也是大势所趋，彰显了国家对改善环境的决心。神华国华电力公司以“生态文明”为旗帜，追求“燃煤电厂达到天然气排放标准”，积极实施“高品质绿色发电计划”，用实际行动诠释了行业内环保的“领跑者”。神华国华寿电一期工程项目依托“黄大”铁路，通过“上大压小”方式建设2×1000MW国产超超临界燃煤发电机组，同步建设烟气脱硫、脱销装置。以“农业文明”、“工业文明”、“生态文明”为目标，落实“高品质绿色发电计划”要求，将率先建成国内首台百万“近零排放”的燃煤机组，树立绿色环保生态文明的品牌，目前正在建设阶段。二、概述国华电力“近零排放”的理念：通过采用锅炉低碳燃烧器，低温省煤器，高效静电除尘，高效脱硫，湿式电除尘等环保技术，使燃煤电厂达到天然气排放标准。即烟尘排放浓度5mg/Nm3,SO2设计排放浓度35mg/Nm3,NOX设计排放浓度50mg/Nm3。目前国华舟山电厂是国内首台实现“近零排放”投入商业运行的机组。国华寿电公司的环保设计：脱硫工艺采用湿式石灰石—石膏法，一炉一塔方式，不设GGH装置、不设置增压风机，不设置烟气旁路，脱硫系统与机组同步运行，利用引风机克服脱硫烟气阻力，按燃用设计煤种时脱硫效率不小于98%进行设计，烟尘排放浓度3.56mg/Nm3,SO2设计排放浓度33.31mg/Nm3,NOX设计排放浓度45mg/Nm3。随着火电厂大气污染物排放新标准的实施，排放标准的严格“红线”，对环保设施的稳定运行要求越来越高;同样作为连续监测烟气排放的CEMS系统，其测量的准确性、可靠性、真实性也被提到更高的层面上来。烟气排放连续监测系统(continuousemissionsmonitoringsystem,CEMS)是由颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、数据采集、传输与处理子系统等组成。由于CEMS的核心技术门槛较高，目前国内经过国家认证检测合格的厂家一般都是产品集成商，走的是“大件引进，系统国内集成”的模式。选择合适的CEMS设备，必须根据不同系统的不同适应情况进行比较，在“近零排放”的背景下探讨CEMS设备的选型显得优为重要。三、CEMS设备选型分析(一)量程的要求根据近零排放和设计要求，脱硫出口烟气粉尘、SO2、NOX排放量非常低。为了保证测量准确、可靠，低浓度测量最重要的是低量程的设置。根据《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法》(76-2007)3.8条要求：根据实际需要设置CEMS的最大测量值，通常设置为高于排放源最大浓度的1至2倍。污染物排放指标比较项目污染物国家限值近零排放标准寿电排放指标单位新建燃煤电厂烟尘2053.56mg/Nm3二氧化硫1003533.31mg/Nm3氮氧化物(以NO2计)1005045mg/Nm3根据上表比较确定脱硫出口污染物测量量程如下：粉尘：0-15mg/Nm3，0-50mg/Nm3(双量程切换)SO20～100，0～1000mg/m3(双量程切换)NOX0～100，0～1000mg/m3(双量程切换)注意：实现双量程自动切换，保证仪表在环保设施正常工况和非正常工况下测量准确。(二)气态污染物监测系统1、烟气分析仪烟气分析仪主要测量气态污染物SO2、NOX，是CEMS系统的核心，也是设备选型的主要对象。烟气测量原理：红外光谱吸收、紫外光谱吸收、紫外荧光分析、化学分析、紫外差分吸收光谱烟气分析仪：非分散红外分析仪，非分散紫外分析仪，紫外荧光分析仪，化学发光NOX监测仪分析仪比较分析仪非分散红外非分散紫外紫外荧光化学发光光谱SO2吸收7300nm红外光NO吸收5300nm的红外光SO2吸收紫外光280-320nmNO吸收紫外光195-225nmSO2吸收220nm紫外光NO化学反应产生发光波长为1200nm测量SO2，NOX，CO，CO2SO2，NOXSO2NOX特点适用范围广，可同时测量多种气体成分，应用较多可靠，干扰少，应用少灵敏度高，适合测量低浓度;测量单组份灵敏度高根据上表对比可以看出紫外荧光法吸收的光谱最小，适合测量低浓度，符合“近零排放”的设计要求，但由于是单组份测量，必须再配置化学发光法测量NOX的分析仪。非分散红外法吸收的光谱最大，可以测量高浓度，而且能同时测量多种组份，适用范围广，目前应用比较多。2、烟气采样系统烟气采样系统决定了分析仪测量的准确性。烟气采样系统的采样方法有：(1)完全抽取法(2)稀释抽取法(3)直接测量法。完全抽取又分为热湿法和冷干法。稀释法和直接抽取冷干法比较采样稀释法直抽冷干法工作原理通过零气发生装置把仪用空气中的SO2、NOX、CO2、水蒸气，以及需要测量的相应成分去除掉，作为稀释气(零气)，由采样探头将烟气按一定比例稀释采样后，引入分析单元由加热采样探头抽取烟气，经除尘，由拌热管线(防止水分凝结)送至仪表柜，仪表柜内设有小型冷凝器，在很短时间内把样气中的水分去掉。无水分样气送至分析仪测量方法湿法测量干法测量技术关键点控制稀释比例控制水分凝结，管路堵塞、泄漏校准整个系统校准一般只校准分析仪取样管线长度最长可达100米50米以内为佳拌热探头需要加热，管线不需要加热探头、管线都需要加热，管线拌热带出现问题影响系统测量样气水分样气水分含量低，没有水分凝结问题必须防止水分凝结，有冷凝器、蠕动泵样气输送样气正压输送，样气泄漏不会影响系统精度样气负压输送，必须保证无泄漏，否则影响精度零气发生装置有零气发生装置，需长期维护，更换滤芯无零气发生装置压缩空气要求较高，必须配净化装置要求高，使用电厂仪用气或者自配空气压缩机市场占有率美国市场占有率高欧洲市场占有率高中国市场占有率低高维护量大较大两种采样方法各具优势，维护量都不小，比较之下，从测量“近零排放”低浓度的角度考虑，稀释法抽取的样气量小，精确度高。3、进口品牌由于技术原因进口分析仪占了主流，在中国市场上目前市场占有率较高的进口品牌有序号进口品牌型号技术方法驻中国办事处1美国赛默飞公司(原美国热电子公司下属的热环境公司)43i42i稀释采样法紫外荧光检测技术化学发光技术单组份分析仪北京2美国环境系统公司M6000直接抽取法上海办事处已经取消3德国西门子公司ULTRAMAT23直抽冷干法非分散红外技术多组份分析仪北京4德国西克麦哈克公司S710直接抽取法北京5日本何如公司(原日本掘场公司)ENDA-C2000直接抽取法上海6日本岛津公司NSA-3080直接抽取法苏州有工厂截止到目前，美国、德国、英国、日本是CEMS技术最先进的出口国。稀释采样法—荧光检测技术，化学发光技术，发源地美国，技术典型品牌代表：美国赛默飞。直接抽取冷干法—不透明度光学系统，发源地德国，技术典型品牌代表：德国西门子。4、结论经过以上分析，在“近零排放”的背景下，设备选型偏重低浓度测量方向，分析仪—紫外荧光分析仪和化学发光NOX分析仪，采样系统—稀释法，进口品牌—美国产品。(三)颗粒物监测系统1、测量烟气颗粒物的方法：(1)浊度法：�传统浊度法：单光程、双光程;‚动态浊度法(2)光散射法：�前散射;‚边散射;ƒ后散射(3)电荷法：�直流电荷转移法;‚交流电荷转移法;ƒ动态电荷法(4)抽取法：�湿气体粉尘浓度监测;‚β射线法衰减法2、技术比较测量方法动态浊度法光后散射法抽取式测量法测量原理光束穿透气流原理，通过测量光束强度的变化率—光闪烁与颗粒物浓度大小的关系激光束与烟尘颗粒相互作用产生散射，散射光的强弱与烟尘的散射截面成正比连续抽取湿烟气加热后送光学室测量在线校验操作困难操作简单操作简单吹扫连续连续不使用湿度影响有有无最低测量浓度2.5mg/Nm30.5mg/Nm30.25mg/Nm3特点线测量点测量价格昂贵3、分析：(1)动态浊度法和光散射法其测量原理决定了还是以光源为主，这就意味着必须维护光源的清洁保证发光率。由于湿度对其影响很大，保证光源必须连续吹扫，吹扫源有两个：压缩空气和吹扫风机。压缩空气有两个来源：电厂的仪用压缩空气和配置专用的空气压缩机。由于吹扫光源对压缩空气的质量要求很高，必须配置除水除油净化装置。吹扫风机也需要定期检查更换滤网保持空气清洁。(2)抽取式测量法是针对湿式烟尘的设备，不受湿度影响，测量也比较准确，由于新设备价格昂贵，维护大。4、结论：从测量低浓度、在线校验、湿度影响、吹扫等几个方面比较，在“近零排放”背景下，从技术的角度(抽取式价格昂贵)优先选择的顺序为抽取式测量法、光后散射法、动态浊度法。四、总结严格的排放标准，“近零排放”的目标都对新建电厂CEMS系统提出更高的要求。由于CEMS设备选型决定了投产以后的运行质量，深入比较和分析CEMS测量技术对于设计、选型和应用仍然具有较大的借鉴意义。