“超低排放”下CEMS监测设备的对比选型分析

分享到:
点击次数:1385 更新时间:2017年02月05日17:57:29 打印此页 关闭


“超低排放”下CEMS监测设备的对比选型分析


摘要:超低排放在国内已不是新鲜词语,但在超低排放后CEMS监测设备选型的是很多设备厂家及用户争论的重点,其实际效果会严重影响实际生产中的诸多方面。

      嘉华发电有限公司,作为最早实施超低排放改造,并通过多品牌同时安装对比测试污染物分析仪、采样系统、粉尘的测量方法及特点,对CEMS设备的选型提出了一定经验,希望对各兄弟单位选择CEMS时起到一定的帮助。

关键词:CEMS选型 超低排放 低量程 测量比较

 

一、背景

随着全球各国对生态环保关注度的逐渐提高,加之国内日益严重的雾霾等环境问题的大背景下,国内愈趋重视并提高各项相关法规,近几年来陆续出台 《GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准》、《大气污染防治计划》、《煤电节能减排与改造行动计划2014-2020》等,可见国家的重视程度。为适应国家一系列新规定和在以往环保督查中发现的部分问题,2015年11月环保部推出的《固定污染源烟气(SO2_NOX_颗粒物)排放连续监测系统技术要求及检测方法(征求意见稿)》,明显对大气污染物控制及监测从各方面更严格、更细致的做出了要求。

燃煤电厂超低排放改造技术层出不穷,效果显著,成绩可喜,但当下CEMS监测设备存在的一些问题也在低浓度监测时纷纷暴露。


二、CEMS介绍及国内现状

  2.1、CEMS在火电行业的应用及意义

 CEMS是英文Continuous Emission Monitoring System的缩写,即“烟气连续排放监测系统”。其作用为:对固定污染源长时间在线连续监测,实时监测污染物的排放浓度,计算排放率、排放总量;并将数据上传到上级(或几级)环保部门的监控中心,确保排污企业污染物浓度和排放总量达标;各种相关的环保设备如脱硫、脱硝等装置,也依靠CEMS的数据进行调控和管理,以提高环保设施的效率,并与环保补贴电价直接挂钩。

简言之,烟气在线监测系统CEMS主要就是测气态污染物SO2、NOx,和固态污染物粉尘及相关烟气参数,一并数据实时传送给环保部门的监控系统。

2.2、常见CEMS基本技术分类和工作原理

监测参数

采样方式及分析原理

抽取测量法

直接测量法(很少用)

稀释抽取法

直接抽取法

除水方式

稀释干燥

冷干除水、热湿法

热湿法

SO2

脉冲紫外荧光法

红外吸收、紫外吸收、紫外差分、傅里叶红外、气体过滤相关法

红外吸收、紫外差分、气体过滤相关法

NOx

化学发光法

红外吸收、紫外吸收、紫外差分、傅里叶红外、气体过滤相关法、双池多层氧化锆法

红外吸收、紫外差分、气体过滤相关法

颗粒物

光散射+振荡天平法

光散射、β射线法、电容法

浊度法、光散射法、光闪烁法

氧量

氧化锆

氧化锆、电化学、顺磁法、离子流

氧化锆

氨逃逸

化学发光法

高温红外吸收法

红外吸收法

流量

/

/

皮托管、热平衡、超声波

温度

/

/

铂电阻、热电偶

湿度

阻容法

干湿氧法、红外法

干湿氧法、红外法、高温电容法



























2.3、目前国内主流CEMS设备存在的问题

 在超低排放后烟气低浓度、低温度、高湿度工况下,原有CEMS设备监测数值存在偏差及波动主要原因集中在:

零点和量程漂移;

振动影响;

水分干扰;(冷干直抽取样方法固有缺陷)

其他气体干扰(CH4、NH3、HCL、CO2、CO、C2H2等);

仪表量程大、精度低等方面;(低浓度下,原有CEMS精度不够)

    另在线CEMS仪表外围预处理设备现场故障问题主要集中在:

A、取样管路进气;

B、水分对SO2吸收损失;

C、伴热管线堵塞;

D、低温下排气管冰堵

E、硬件故障(电磁阀、抽气泵、蠕动泵、冷凝器、伴热带、分析仪等)


三、常规气态污染物监测系统(SO2NOx

    3.1、常规气态污染物各测量原理对比

烟气分析仪常见测量原理分为:红外光谱吸收、紫外荧光法、化学发光法、紫外光谱吸收、紫外差分光谱吸收。

其中,红外光谱吸收法,又称为非分散红外吸收法,凭借其大测量范围、广泛的作用对象、多组分可同时测量所带来的低成本,是国内超低排放改造前的绝对主力分         析仪表。

3.2随着国内超低排放改造的逐步推进,在低浓度、低温度、高湿度情况下,红外光谱吸收法并不是最合适的选择,主要是因为:

3.2.1低浓度下的测量精度问题;

3.2.2零点漂移数值在低浓度下已显巨大;

3.2.3除水效率低导致的水分干扰及SO2吸收问题也在低浓度下影响明显。

根据北京市环境保护监测中心2014年对七种不同取样方式及测量原理的对比研究结果,显示如下图:



其测试结论为:

SO2各测量方法精度由高到低排序为:紫外荧光法、紫外差分光谱吸收、非分散红外吸收法。

NOx各测量方法精度由高到低排序为:化学发光法、紫外差分光谱吸收、非分散红外吸收法。

3.3、现有CEMS系统的故障点基本都集中在采样及样气预处理系统,而我厂为获得各取样系统的真实效果,分别安装了几套不同气体采样的系统进行使用对比,经            过1年多来的使用,对比结果及介绍如下:

 气体采样测量方式分为:稀释抽取法、完全抽取法、就地直接测量法

  目前国内广泛使用的取样方式为:稀释抽取法与冷干直抽法

采样方式

稀释法

冷干直抽法

工作原理

通过零气发生装置把仪用空气中的SO2NOX、水分等完全除去,作为稀释气,由采样探讨按一定比例稀释采样后,引入分析仪

由加热采样探头抽取烟气,经除尘,由伴热管线(防止水分凝结)送至仪表柜,在经冷凝排水系统除去部分水分后,送入分析仪

技术关键

稳定稀释比

避免水分凝结、防止管路堵塞、泄漏

伴热

取样探头需要加热,管线不需要加热

取样探头及管线都需要加热

水分处理

稀释后露点极低,无需处理

全程伴热,经冷凝器、蠕动泵除水

取样流量

0.05L/min

1.5--2L/min

探头过滤精度

0.1um

2um

样气输送

正压输送,不存在进空气影响

负压抽取,必须保证密闭性

仪表校准

全程校准

可全程、因耗气量大,多数仅校准仪表

最大必须校准频率

均为1-3个月

量程1-3个月,零点3-8小时(红外表)

取样管线长度

可达100米左右

50米以内为佳

零气发生装置

需配整套零气发生装置

无需配置,但空气质量会影响零点校准

市场占有率

美国占有率高

欧洲占有率高

中国市场占有率

维护量

故障率

成本

仪表精度要求

通常稀释100倍,对仪表测量精度要求极高

纯样气,精度要求低


结论:稀释取样法除仪表精度要求高和成本较大外,其它方面均优于冷干直抽法。

3.4、CEMS颗粒物子系统问题及改进(测量固态污染物粉尘)

目前国内主流颗粒物监测手段为光散射法和浊度法,还有少量振荡天平法、电容法、射线法等,光学法其测量误差主要来自仪器的直接测量误差、采样间接误差、仪器无法按照规范进行校正的漂移误差等。特别是在脱硫出口的高湿度、低温度、低浓度下,原有颗粒物监测设备光学镜片受到污染而造成的测量不准确问题。

浊度法:其优点为维护量较小,但由于其校准困难,检出限仅为2.5mg/Nm3,目前不建议使用在超低工况机组上;

光散射法:精度较浊度法高,颗粒物质量相关度也有提升,但缺点是对烟气结露较为敏感,校准可靠度也一般;

目前相对成熟的方法是在光散射的基础上加上等速采样和烟气烘干功能,能避免烟气结露的影响。缺点是成本高、伴热功率及维护量大。

现今颗粒物监测有效性审核的比对手段,主要是采用玻璃纤维滤筒称重法。提高称重法准确度的关键是完善采样、称重过程中 的细节,减少因滤筒损失或污染而带来的误差。

(1)滤筒在生产运输过程中因颠簸挤压造成滤筒表面内壁破损或掉渣,使用前应严格检查每一支滤筒,用洗耳球吹扫掉渣 ,有破损的滤筒弃用,并将检查合格后的滤筒每支用单独塑封袋保存,防止二次掉渣。

(2)为了防止采样枪结露污染滤筒,采样枪装载滤筒前应对 其充分预热5-10分钟。

(3)称量过程应严格按照恒重法原则。

结论:在超低排放改造机组的总排口,建议采用自动称重校准功能的抽取烘干式粉尘仪。


四、氨逃逸分析仪的情况

             氨逃逸虽未作为强制控制指标,但其对电厂经济性、催化剂性能、空预器防堵等安全方面有重要影响,再加上超低排放后NOx控制指标的降低,氨逃逸将越来越        受到重视。

而目前市面上主流氨逃逸分析仪多数都存在各种问题:具体对比如下

氨测量类型

现场对穿法

高温抽取法

烟道内多级反射法

化学发光法

安装位置

烟道侧角

烟道上平面

烟道上或侧面

CEMS小室内

测量原理

红外激光法

红外激光法

红外激光法

NH3转化为NO测量

预处理装置

初级过滤

初级过滤

稀释取样除水、除尘

主要干扰因素

粉尘

粉尘

粉尘

采样材质要求高,不能与氨反应,转化率仅能达到96%左右

测量精度

故障率及原因

高、镜片洁净度、光源准直、振动

高、抽气泵堵塞、镜片洁净度、振动

中、反射镜磨损、镜片洁净度、振动

低、取样小孔结晶

安装维护成本

中(与NOx分析仪公用)

维护量

监测代表性

多点取样系统

成本成倍增加

成本成倍增加

成本成倍增加

仅探头成倍增加

五、汞监测(未来电厂大气治理的趋势和方向)

   5. 1、环保政策

 2012年1月环境保护部公布新修订的《火电厂大气污染物排 放标准》中不仅加严了烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放限值要求,而且新增了汞及其化合物的排放限       值要求,确定我国火 电厂汞的排放限值为0.03mg/m3,2011年以来,我国已开展了燃煤电厂大气汞排放监测试点工作,目的是为我国汞污染 防治提供了基础数据;并     通过试点示范,提出燃煤电厂大气汞污染控制技术政策和经济政策的建议。所以汞在线监测技术是 未来发展的趋势。我们可以探索汞污染监测技术,为今后实现汞污染定     量化监测、评价排放状况做出准备。

5. 2、汞监测的影响因素

  烟气中汞的形态分布受到多种因素的影响,煤种、烟气温度、反应条件、气态成分、飞灰成分等,因而比较复杂。

现有技术的Hg-CEMS都是监测元素汞,而对氧化态汞均通 过转化系统还原成元素汞的形态进行监测。尽管从理论来讲, 颗粒态汞也可以转化,但由于管线传输及烟尘等颗粒物的潜在 干扰,使实际操作有很大的困难。现阶段的CEMS均包括颗粒物过滤子系统(在此过程中颗粒态汞也会被过滤),因而通常意义的总汞连续监测其实只是针对气态总汞的排放浓度和排放量进行自动连续监测。

5.3、汞监测技术:目前常见的汞的监测分析方法主要有冷原子吸收光谱法、冷蒸汽原子荧光法、塞曼调制原子吸收光谱法和紫外差分吸收光谱法。

烟气中汞的连续自动监测较常规因子来说难度和投入都将是非常大的。

 此系统的难点有以下几个方面:

烟气中汞的低浓度测量。

烟气中汞的采样和传输损失

烟气中汞的复杂的化学物理形态分布

烟气中其他成分对汞测量的干扰


六、总结

CEMS作为公认的可以真实、实时统计电力环保数据的技术手段,必须在煤电升级改造潮中与时俱进。电厂技术人员应时刻关注国内外最新技术,加强交流,了解新设备的使用情况与维护,不断完善,做好环保部门的“千里眼”,更优质地服务于电厂。

目前电厂在超低排放改造中,应考虑CEMS对于不同环保设施的适用性、CEMS测点的代表性,考察东部地区率先进行超低排放改造的多个电厂经验,选择合适的CEMS系统,并加强维护和设备管理。

在超低排放后烟气低浓度、低温度、高湿度工况下,建议在脱硝出口、脱硫进出口和总排口使用故障率低、稳定性好的稀释取样系统及高精度仪表的CEMS系统,并对汞检测仪做好充分的调研分析,留有汞测量的接口,应对未来更严格的环保要求。


参考文献:

[1] 国家环保总局标准 固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法 HJ/T 76-2007

[2] 国家环保总局标准 固定污染源烟气排放连续监测技术规范 HJ/T 75-2007

[3] 国家环保总局标准 固定污染源烟气(SO2、NOx、颗粒物)排放连续监测系统技术要求及检测方法(征求意见稿) 代替HJ/T 76-2007

[4] 中华人民共和国国家标准 火电厂大气污染物排放标准 GB 13223-2011


上一条:紫外荧光SO2分析仪介绍 下一条:超低排放改造后CEMS运行情况