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CEMS煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)

概述：TR-9300在線監(jiān)測系統(tǒng)是依據(jù)HJ/T75-2001《火電廠煙氣連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范》、HJ/T76-2001《固定污染源排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法》為火力發(fā)電廠煙連續(xù)監(jiān)測控制系統(tǒng)（CEMS）設計。該系統(tǒng)由煙塵監(jiān)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)、系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)組成，通過直接抽取加熱采樣方式，測定煙氣中污染物濃度、煙氣氧含量、煙氣溫度、壓力、含水量及流量等煙氣參數(shù)，并且顯示與記錄。通過在線監(jiān)測CO、O₂等成份量參與電廠鍋爐經(jīng)濟運行控制，通過對脫硫裝置前后SO₂在線監(jiān)測參與脫硫控制和監(jiān)測，對節(jié)能增效發(fā)揮巨大作用。通過對CO、SO₂、NO_X的連續(xù)監(jiān)測為控制污染提供依據(jù)。本系統(tǒng)具有安全可靠、取樣真實、響應快、分析精度高、配置和選型等諸多特點，實為高性能、高可靠性、低維護性的分析系統(tǒng)。

為滿足我國日益嚴格的煙氣監(jiān)測需求，聚能公司基于自身在工業(yè)領域的豐富經(jīng)驗，推出專門面向環(huán)保行業(yè)的煙氣分析解決方案，本方案主要用于火力發(fā)電廠、各種工業(yè)窯爐/鍋爐、化學工業(yè)、鋼鐵燒結/煉鋼廠、水泥工業(yè)、垃圾焚化廠、石油工業(yè)、其它工業(yè)過程中產(chǎn)生污染氣體的固定排放源以及煙氣脫硫、脫硝系統(tǒng)的控制和監(jiān)測。

煙氣在線監(jiān)測分析

● 垃圾焚燒煙氣分析

鍋爐的煙氣監(jiān)測，分為過程控制監(jiān)測以及排污口污染物的監(jiān)測，若是監(jiān)測排污口污染物的濃度等參數(shù)的話，對于鍋爐主要監(jiān)測參數(shù)包括：SO2、NO、O2、煙氣煙塵、煙氣溫度、煙氣流量、煙氣濕度、煙氣壓力這幾項參數(shù)。監(jiān)測上述參數(shù)的整套系統(tǒng)，在業(yè)內統(tǒng)稱為煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，并配合數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，最后將數(shù)據(jù)上傳到進行備份。

一次儀表安裝位置：煙道，具體位置現(xiàn)場定；所有安裝在煙囪內或者煙囪上的或者提供煙氣氣路通道的CEMS 系統(tǒng)部件（包括氣路管）均由耐腐蝕材料組成。 

系統(tǒng)組成 

我公司生產(chǎn)制造的CEMS系統(tǒng)是針對污染源煙氣，用工業(yè)型儀器對其NOx / CO2 / CO / SO2 / O2含量、煙氣流量、顆粒物、溫度等進行連續(xù)測量。CEMS系統(tǒng)由以下四部分組成： 

1）.煙氣成份連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng) 

2）.顆粒物濃度檢測系統(tǒng) 

3）.流量檢測系統(tǒng) 

鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生大量的煙氣煙塵，其中有SO2、NOx等大氣污染物，這些污染物排放到大氣中，會形成酸雨等，嚴重破壞生態(tài)平衡，給人們的生活帶來極大的不便。因此，減少鍋爐煙氣煙塵的排放量和降低廢氣的濃度是中國環(huán)保事業(yè)的重要組成部分。實行對鍋爐煙氣煙塵的監(jiān)測是減少煙氣煙塵排放的一項有效措施。

 1鍋爐煙氣煙塵監(jiān)測的指標和流程

  1.1監(jiān)測的指標

  煙氣煙塵的監(jiān)測指標有煙道氣壓力、煙塵速度和濃度、煙氣過剩空氣系數(shù)和漏風對熱效應的影響等。

  煙道氣壓力分為煙道靜壓和動壓，監(jiān)測時，根據(jù)監(jiān)測孔位置的不同有吸入式煙道和壓入式煙道，這兩種情況下的煙道靜壓和動壓一般均為負值。

  煙塵濃度的監(jiān)測一般采用重量法，等速采樣，采樣斷面上的煙塵流速不應小于5 m/s。煙道中的煙氣和煙塵的分布在實際情況下并不是理論上的均勻分布，而是會隨著煙道直徑的變化產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析。一般情況下，監(jiān)測孔的位置是監(jiān)測結果準確與否的重要決定因素。

  鍋爐中燃料燃燒過程中實際所用空氣量與理論要用空氣量的比值稱為過剩空氣系數(shù)。煙氣空氣過剩系數(shù)是用來衡量煙氣燃燒所用的空氣量是否適合，進而判斷燃料的燃燒情況，合適的空氣過剩系數(shù)才能保證燃料完全燃燒，把各項熱損失降為最小。國標中規(guī)定燃煤鍋爐的過剩空氣系數(shù)為1.8，燃油燃氣鍋爐的過剩空氣系數(shù)為1.2。過剩空氣量約大，表示實際供給的空氣量比燃料燃燒所需的理論空氣量越大，爐膛里O2越充分，燃料燃燒就較充分。但是過剩空氣系數(shù)過大，則因大量冷空氣進入爐膛，爐膛溫度就會下降，對燃燒反而不利;排煙損失也會增加，使鍋爐熱效率降低;煙氣量增加，煙氣攜帶的煙塵量也隨之增加。所以，在實際運行中總希望排煙處的過剩空氣系數(shù)在1.8以下，當然，由于設備狀態(tài)不佳，運行水平低，實測時，過剩空氣系數(shù)往往大于1.8，而且有的大得驚人。這是因為負荷低，爐排燃燒面小、大量冷空氣從爐排竄入爐膛;鼓引風不匹配;再就是由鍋爐尾部煙道或除塵器本身大量漏風所致。這都是不正常的，應在試驗前加以消除。過剩空氣系數(shù)合適說明燃料燃燒的較為完全，產(chǎn)生廢氣中的有害物質較少;系數(shù)偏低，說明燃料燃燒的不夠充分，廢氣中CO和NOx等有害氣體含量較高。

  1.2煙氣煙塵監(jiān)測過程中重點事項

  1.2.1采樣前的準備

  濾筒是監(jiān)測工作的必要工具，放于煙道內用于捕塵，需要在采樣前認真準備。對濾筒要求是筒壁要均勻，太厚、太薄或者筒壁有針狀孔的要及時棄用。因為筒壁厚，在采樣過程中阻力大，煙氣煙塵粒子不容易被吸入;筒壁薄，強度較低，煙氣煙塵通過時筒壁容易破裂。常用玻璃纖維濾筒，同時監(jiān)測過程中還必須有空白濾筒一直參與，用于參照，校正誤差。

  采樣前還要對測試儀器進行仔細的檢查，包括采樣泵、傳感器和顯示器等。檢查儀器的管路系統(tǒng)是否有漏氣和堵塞的情況，若有問題應及時解決，以使監(jiān)測工作順利進行。

  1.2.2監(jiān)測點的選擇

  采樣位置應該選在管道中氣流平穩(wěn)的垂直和水平管段中，避開斷面形狀發(fā)生急劇變化的管段和彎頭處，切采樣斷面的氣流不小于5 m/s。采樣點數(shù)量的確定與采樣斷面的形狀、大小以及斷面處的氣流大小有關。每一斷面的測點數(shù)要根據(jù)規(guī)范盡量多布置，才能保證測量數(shù)據(jù)的精確性。比如遠離彎頭和斷面均勻的部位，氣流也比較均勻，可以少取一些監(jiān)測點;而不得已只能在離彎頭或者斷面急劇變化的附近部位選區(qū)監(jiān)測點時，要盡量多布置一些監(jiān)測點，以保證得到較為精確的數(shù)據(jù)。

  1.2.3溫度和濕度的控制

  煙氣煙塵的溫度和濕度也是監(jiān)測過程中要重點得到的數(shù)據(jù)。溫度的測量常采用采樣槍在監(jiān)測點處采樣，將數(shù)據(jù)傳至儀器進行分析。濕度的測量常用干濕球法，氣體以一定的流速經(jīng)過干濕球溫度計，得到氣體的溫度，再根據(jù)監(jiān)測點處的排氣壓力，可以計算出煙氣煙塵中水分的含量，即濕度。

  1.2.4流速的控制和采樣

  為了得到較為精確的數(shù)據(jù)，應該采用等速采樣方法。所謂等速采樣就是指氣體進入采樣嘴的速度等同于采樣點處的煙氣流速。等速采樣的方法是針對煙道不同部位不同流速的情況采用不同的與之相符合的采樣嘴，使不同流速的煙氣流入采樣嘴，流出等速的煙氣。

  當一切準備妥當就開始進行監(jiān)測。首先把監(jiān)測儀器進行調零，在采樣管中裝入稱量好的濾筒，裝上計算好的采樣嘴，連接好管道，此時采樣孔處于封閉狀態(tài)。當氣流趨于平穩(wěn)，逐漸進入到采樣狀態(tài)，此時打開采樣孔，依次使采樣嘴對準氣流方向，完成采樣。采樣結束后要將采樣嘴反方向于氣流方向，取出采樣管，稱量濾筒吸入的煙塵顆粒的質量，重新再測一次，若煙氣流速和前次稱量結果相差大于±20%，則樣品作廢。全部工作做完后，檢查儀器是否完好并清洗干凈。

  若采樣過程中發(fā)現(xiàn)含氧量過高的現(xiàn)象，可能是由鍋爐系統(tǒng)出現(xiàn)了漏風或者引風量大引起的。應及時檢查鍋爐設備，對于漏風的情況，應對煙道系統(tǒng)采取密封措施，對于引風量大的情況，則要及時調換與鍋爐相匹配的系統(tǒng)。

  1.2.5數(shù)據(jù)記錄及處理

  監(jiān)測工作準備過程中，要認真記錄鍋爐設備的型號、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)能力，環(huán)境的溫度、濕度、氣壓和風速，煙道的直徑和高度等;監(jiān)測工作結束后要及時認真的記錄下各個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，并經(jīng)檢查無誤后填入到相應表格中。表格的填寫要嚴格遵守標準，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性、準確性和公正性。

  2對煙氣煙塵監(jiān)測可能產(chǎn)生影響的因素

  影響因素主要有監(jiān)測環(huán)境、風量和設備的使用及維護。

  煙氣煙塵的監(jiān)測要在規(guī)范規(guī)定的環(huán)境條件下進行，許多時候，監(jiān)測場地、鼓風機以及閥門的位置不正確，監(jiān)測數(shù)據(jù)就會失真。環(huán)境的溫度、濕度等也會影響煙氣煙塵的流速，使得實際監(jiān)測數(shù)據(jù)偏離真實數(shù)據(jù)。風量的大小影響到煙道中氣流的靜壓、和流速動壓，影響到等速采樣計算結果采樣嘴的選擇。

  同樣的設備、同樣的環(huán)境條件，在不同的工作人員的操作下，得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)是不一樣的。設備的使用年限、承載力的大小以及維護情況對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響也是很大的。比如，當鍋爐負荷60%時，煙塵排放濃度是額定負荷時的30%;鍋爐負荷80%的時候，煙塵排放濃度則升高至65%。

  3對鍋爐煙氣煙塵監(jiān)測工作給出的一些建議

  a) 鍋爐的燃料要選用復合標準的燃煤種類，鍋爐等燃燒設備應該選用符合環(huán)境評價要求的型號，監(jiān)測開始前一定做好準備工作，認真仔細地檢查除塵設備的工作性能是否良好、煙道及氣管是否有著良好的密閉性以及各種監(jiān)測工具是否處于工作狀態(tài);b) 監(jiān)測部門要著力于監(jiān)測環(huán)境的改善，比如監(jiān)測過程中對環(huán)境溫度、濕度以及氣壓的控制等;c) 監(jiān)測部門要協(xié)同生產(chǎn)部門加強工作人員的專業(yè)素質以及職業(yè)道德的培養(yǎng)。鍋爐工作人員專業(yè)水平高，其掌握燃料的使用量和引風量的合理性，空氣過剩系數(shù)就接近于標準，燃料的燃燒就比較充分，煙氣煙塵的排放量的濃度就接近于標準，監(jiān)測過程中得到的數(shù)據(jù)也就越是精確，同時監(jiān)測工作量也會大大降低。

  4結語

  鍋爐煙氣煙塵排放量及其濃度是關系到大氣質量的關鍵因素，其監(jiān)測也是中國環(huán)保部門的最基本的監(jiān)測內容。鍋爐煙氣煙塵的監(jiān)測工作不易實行，究其原因和鍋爐型號的多樣化、現(xiàn)場環(huán)境情況的復雜性以及工作人員的綜合素質有關。但無論情況有多么復雜多變，監(jiān)測工作都有1個統(tǒng)一的標準，即GB13271-2011鍋爐煙塵監(jiān)測方法。工作人員應該嚴格遵守標準，認真仔細的做好每一項細微的工作，保證監(jiān)測結果的完整性、準確性和公正性。

隨著環(huán)境保護的力度增大，煙氣不僅要有脫硫裝置，還必須安裝脫硫煙氣在線監(jiān)測（CEMS）裝置，對于CEMS，不是專業(yè)人員，是很難搞清楚的，其結構、運行原理有多種多樣，為了能使大家在選擇CEMS的時候，少走彎路，我用通俗易懂的語言，來解釋清這個東西，給各位看客提供參考。

    首先，我要說的是，CEMS裝置，不是一個通用設備，也就是講，什么樣的鍋爐設備、什么樣的脫硫設備，應安裝什么樣的脫硫煙氣在線監(jiān)測（CEMS）裝置，不能做“拾到籃里就是菜”的事。CEMS主要檢測什么東西呢？二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx)、煙塵等三樣東西。根據(jù)環(huán)保要求，二氧化硫（SO2）、煙塵是必測項目，由于絕大部分發(fā)電廠沒有脫硝裝置，所以氮氧化物（NOx)不作要求，但有的地區(qū)，為了計算氮氧化物的排污費，也有裝氮氧化物裝置的。

   煙氣的采樣方法:有非抽取法和抽取法2種。非抽取+紅外或紫外吸收法國外此類技術的早期產(chǎn)品出現(xiàn)在20世紀70年代末至80年代初,其技術簡單,響應時間快,勿需抽氣管線可直接實時測量濕基,缺點是探頭易被煙塵堵塞,分析儀易污染;探頭為開孔式,無法進行在線校標,精度差，后來英國Procal公司為首，改進了裝置，但還是不太成熟，市場占有量低，國內極少數(shù)電廠使用，所以我不再談了。我重點講抽取法，抽取法分為直接抽取法和稀釋抽取法。

   直接抽取法是指脫硫后的煙氣，通過某一裝置，直接從煙道或煙囪里抽取濃煙，將濃煙來進行分析，得出SO2濃度的結果。其優(yōu)點：歐洲技術,解決了煙氣擾動問題,紅外吸收法所用探頭等設備價格相對便宜。此技術歐洲、日本發(fā)展較好。缺點：所抽取的煙氣是濃煙，必須經(jīng)過除塵、除濕(采樣管加熱)等預處理，維護工作復雜。當然，我認為最主要的問題是，測量的為煙氣干基，采樣管線必須負壓運行，但在鍋爐實際運行過程中，是很難保證100%的負壓運行的，一旦出現(xiàn)正壓，或采樣管泄露，煙塵就會使采樣管抽氣口易堵塞，影響測定結果。所以，在這類選擇使用直接抽取法的CEMS的時候，要充分考慮到自身的鍋爐種類、脫硫設施的種類，鍋爐運行負荷的情況等，要綜合考慮，不能盲目地選擇CEMS。我們常見的煤粉鍋爐（循環(huán)流化床CFB鍋爐）+布袋除塵（靜電除塵）+石灰石-石膏法脫硫，使用直接抽取法CEMS，是完全可以的，因為布袋除塵、靜電除塵比較可靠，排出煙塵微粒能有效地控制，并且采用此工藝的，一般都是大型鍋爐，經(jīng)過一次性設計，煙氣負壓設計也比較寬余，不象有的電廠通過改造后，增加的脫硫設施，可能會導致煙氣負壓偏小，這樣，在運行過程中，煙氣出現(xiàn)正壓的概率就高了，容易引起采樣管抽氣口易堵塞，影響測量的正確性。但現(xiàn)在有好多小電廠，使用的鏈條鍋爐（拋煤鍋爐）+堿法脫硫（用NAOH作脫硫藥劑）+水膜除塵器，此類系統(tǒng)，小火電、小熱電廠、或有廢堿來源的大型熱電廠，使用的較多。凡是使用這樣工藝的電廠，我認為用直接抽取法的CEMS是不合適的。因為這類工藝的電廠，在運行中，水膜除塵器不能完全保證煙塵的顆粒度的排放，雖然還沒有關于顆粒度具體排放的標準，但由于鍋爐燃燒的煤炭種類，對于煙塵中的顆粒量有很重要的關系。一般而言，鍋爐燃燒山西、陜西、內蒙等地區(qū)的煤炭，煙塵中的顆粒量較多，特別是燃用內水份（超5%）極高的內蒙煤炭，煙汽中占有大量的煙塵顆粒，我雖然沒有進行科學地定量測定，但根據(jù)鍋爐固體出渣量來對比，使用上述內蒙煤炭的煙塵中排出的粉塵是山東、徐州等東部煤炭的好幾倍。如此多的煙塵，進入采樣抽氣管的概率就很高了。對于使用水膜除塵器的電廠來說，若采用直接抽取法的CEMS，是很不明智的。因為煙氣經(jīng)過水膜除塵器，由于水膜除塵器水量的變化，很多電廠水膜除塵器水接在的工業(yè)水母管上，當工業(yè)水母管水壓的變化，會引起水膜除塵器進水量的變化，水量變化后，除塵效果也會發(fā)生變化。另外，還有好大部分熱電廠，采用的是背壓機運行方式，鍋爐負荷變化極大，特別是在短時間內急加負荷的時候，經(jīng)常能看到煙囪出黑煙，此時的煙氣中灰塵顆粒量就巨大了，所以，有的采用直接抽取法的CEMS電廠，幾乎一星期就要爬一次煙囪，去清理探頭。并且還時常出現(xiàn)CEMS的顯示數(shù)據(jù)不準，特別是煙塵的參數(shù)，（大多是用皮托管測量煙氣流速）一旦堵了，會使煙塵的參數(shù)達幾千，超標幾十倍。所以直接抽取法的CEMS，對于小熱電廠來說，是不適宜的。那說了半天，用什么類型的CEMS，才能合適這些小熱電廠。這就是--稀釋抽取+紫外熒光法。

   稀釋抽取法是美國技術，其優(yōu)點是：將采的煙氣樣，加入潔凈的空氣稀釋，這樣一來，就降低了煙汽樣品露點溫度,解決了煙氣冷凝水問題,一般情況下勿需跟蹤加熱采樣管線,并解決了采樣探頭的腐蝕與堵塞問題,連續(xù)工作時間長。采樣管線能在正壓下工作,從而防止由于泄漏所引入的誤差;經(jīng)稀釋的煙道氣樣品,可使氣體濃度降低，使用靈敏度高的環(huán)境監(jiān)測儀器完成分析;由于濕度未從樣品中消除,測定的為濕基。缺點是：在檢測過程中，響應時間稍長(<3min);干燥壓縮空氣純度要求高,紫外熒光分析儀須進口,價格較貴。該技術在全球市場占有率約為85%,在美國高達90%。所以，我認為，稀釋抽取法的CEMS，是成熟的，特別適合惡劣的煙氣環(huán)境，尤其是小熱電廠，因為與小容量鍋爐相匹配的簡單堿法脫硫、水膜除塵等，最合適不過了。因為稀釋抽取法能正壓運行，采樣不堵灰，維護量小，我經(jīng)過大量的走訪，采用稀釋抽取法的CEMS的故障率遠低于采用直接抽取法的CEMS。

   對于煙塵的測量，一般用激光反射法和激光對穿法。這二種方法均成熟,穩(wěn)定,可靠性強,使用壽命長。激光反射法與煙塵顆粒顏色有關,要求煤種盡可能穩(wěn)定。一般都采用此法，所以鍋爐在更換煤種時，要注意煙塵參數(shù)的變化，但我們在實際運行過程中，看不出煤種的變化能引起煙塵參數(shù)的變化，也可能變化不大，不容易看出來吧。激光對穿法與重量法相關性好,穩(wěn)定、靈敏、精度高,設備體積小,鏡面維護量小。此法國產(chǎn)設備也不少，不管怎么說，這兩種方法，難分伯仲，一句話，都不錯！

  煙氣流速的連續(xù)測量技術，一般主要有皮托管法，該法是煙氣流速連續(xù)測量常用方法,,缺點是易堵,需要不斷吹掃。另一法是超聲波法，該法不受溫度、壓力、煙氣成分變化影響,但產(chǎn)品價格較貴。國內大部份煙氣流速的連續(xù)測量用的是皮托管法。

  在選擇CEMS的時候，有錢的電廠，一律用進口設備，認為進口設備質量有保證，典型的“只選貴的，不選對的”。能用上進口設備，當然是好事，但要選擇與自己相匹配的CEMS，否則會好事多磨的。同樣，節(jié)省的電廠，通過招標，千方百計壓價，買了一臺的，用了一年，探頭等檢測部件壞了，更換一次，花費不小的。所以，我們在采購CEMS的時候，一要對癥下藥，選對的；二要看該CEMS的生產(chǎn)廠家，是否具有知識產(chǎn)權，社會上有好多小公司，依托的關系，把CEMS組裝起來，一旦發(fā)現(xiàn)質量問題，由于他們沒有自主知識產(chǎn)權，設備壞了，無法自己修理，只能更換部件，再加上服務跟不上，有不少的電廠吃過這方面的虧。將來CEMS接到市、省等環(huán)保有關部門，煙氣排污費的收取，要根據(jù)CEMS上傳的數(shù)據(jù)來收取，所以，CEMS的運行穩(wěn)定，對于交納夠關費用起到至關重要的作用，馬虎不得。

   CEMS的選擇，要根據(jù)自己的實際情況，不能“拾到籃子里的就是菜”、“拉著黃牛就是馬”，否則要吃虧的。