火电厂烟气污染物在线监测系统论述
摘要：针对目前部分电厂已安装的在线监测系统的选型、安装、调试、验收、运行及维护等问题进行了经验性阐述。
关键词：火电厂；烟气污染物；在线监测系统
烟气污染物在线监测系统(CEMS)是实时、连续监测污染物参数的系统，主要监测烟气中的颗粒物浓度（或浊度）、气态污染物浓度（SO2、NOx、CO、CO2）、辅助参数（烟气温度、流速、氧量、湿度、压力）等。颗粒物浓度监测方法有激光透射法、激光反散射法及电荷感应法，气态污染物浓度监测方法主要有完全抽取法、稀释法、电化学法3种。在电力行业中，颗粒物监测主要采用激光透射法，气态污染物浓度监测主要采用完全抽取法。
1 系统组成及功能
1.1系统组成
一个完整的CEMS主要包括颗粒物监测子系统、气态污染物监测子系统、烟气排放参数监测子系统、系统控制及数据采集处理子系统、气源电源通讯等辅助设施子系统。
1.2主要功能
颗粒物监测子系统主要对烟气中的烟尘浊度进行监测，并通过试验标定转换为烟气浓度参数。气态污染物监测子系统主要对烟气中SO2、NOx、CO、CO2的浓度进行监测，常见的分析原理为红外吸收法（或紫外吸收法）。烟气排放参数监测子系统主要测试烟气温度、流速、压力、湿度、氧量等参数，通过流速可以得出烟气流量，同时根据烟气温度、压力、湿度得出标准干烟气量，通过氧量将浓度换算为规定过剩空气系数下的浓度。系统控制子系统主要对反吹、采样进行控制，数据采集处理子系统对信号采集、进行数据处理并生成报表等。气源为系统提供反吹气体，电源为系统提供相应电压等级的电能，通讯系统进行模/数转换及数据通信等。
2 设备选型应注意的问题
目前各电厂安装的CEMS系统均由设备厂家全权负责，已安装的CEMS系统不能正常投运的重要原因之一是CEMS选型中存在着各种不完善之处，因此选型时应有针对性地从源头进行质量控制。
2.1监测参数应实用、全面
标准的监测参数主要有8个，包括3个污染物参数（SO2、NOx、烟尘），3个湿流量参数（流速、温度、压力），2个换算参数（换算干基的湿度、折算浓度的氧量）。
CEMS系统至少应包括上述8个参数，但是在实际中，设备厂家为了降低成本，在实际投标中少一个或几个参数的情况时有发生，例如没有湿度测量装置而规定一个数值，甚至部分系统没有氧量测量装置而人为地输入一个值，这都不能真实反映烟气中实际污染物的浓度值。而有的系统又多增加设备以测量参数，如目前流量计大多都有测量烟气温度参数的功能，而在CEMS系统中又额外增加热电偶来测量温度，增加了设备投资。
2.2联锁保护及报警系统应完善
有的设备厂家为了能中标，在标书中将各种联锁保护功能加入很多，报警功能也很多，但在实施中根本未实现，或有些报警系统根本不需要。例如：当采样管线堵塞时样气流量降低造成采样泵负荷加大，系统在无低流量报警或有低流量报警而无停泵联锁时，泵长期在低流量下运行而损坏。
2.3仪表量程及校准用标准气应根据实际情况选用
某些烟气分析仪表未结合实际选定量程。在已经安装CEMS系统的电厂，出现某些烟气分析仪表因SO2量程选择偏低而无法正常监测污染物浓度的问题，或某些分析仪表量程选择偏高，如对于某些CFB锅炉烟气中NOx浓度较低，一般为100 mg/m3（标准状态下）左右，而分析仪表选择的量程又偏大而造成监测精度不高。
对于校准用的标准气浓度，一般应选满量程的70%～100%，而部分电厂标准气浓度选择过低或过高。如选择过低则降低了系统值的准确性，过高时又根本无法用此标气进行标定。
2.4系统监视画面及组态
由于CEMS标准中并未对上位机中的监视画面做出具体、详细的规定，所以各个设备厂家设计的CEMS的画面水平差异很大。数据处理系统采用高级语言编程或采用组态软件，两种方式各有优劣：采用高级语言编程方式报表功能较强，但当系统配置变化时软件修改不方便;采用组态软件对配置变化后重新组态及修改非常方便,但对于相关标准要求的报表功能相当弱化。故应根据实际情况选择合适的方式。
3 安装与调试
3.1安装
安装及调试质量是CEMS良好运行的基本保障。安装主要包括烟道处的现场安装及CEMS上位机间的安装两部分。现场的主要烟道上安装浊度仪、烟气采样器、流量计或氧量计等，但由于现场条件比较恶劣，所以应根据现场情况将各设备安装牢固、合理布局。CEMS间内主要安装机柜、电源箱、上位机监视系统及标准气等。在安装中，还应注意烟气采样仪、烟尘浊度仪以及流量计等的安装位置、安装角度等。如对于烟气采样仪，当为水平烟道时，安装采样枪时应向下倾斜一定的角度，并顺向烟气流的方向。对于烟尘浊度仪，由于采用一条线处的浊度来代表整个采样断面的浊度，要根据烟道具体情况来确定。当烟道为垂直矩形烟道时安装要求较低；若烟道为水平烟道，则一定要考虑烟尘的自然沉降对测试带来的影响，一般根据经验选于烟道的中下部。除安装位置外，采样管线的悬吊、电气接线、控制接线等也均应按相关标准进行，如某些电厂系统中的电源线与控制线布于同一根电缆内，这不仅会对控制信号产生干扰，还会带来较大的安全问题，这是严格禁止的。
3.2调试
主要对气路系统、电气系统及控制通讯系统进行调试。应保证气路内通畅、无杂物、无漏气，采样泵运行正常，采样流量正常、可调，伴热采样线加热正常，采样器加热正常。电源及控制系统查线后分体试上电，进行控制及通讯系统的调试。各部分调试完毕后应消缺，对分析仪校零、校标，系统通样气试运。
4 验收
系统安装调试完毕后必须经过电厂等相关单位的验收，使系统能够正常移交使用单位。除了以上层面的验收外，为保证设备的可用、实用，还需要对系统进行相应的标定或比对验收，即单个在线监测分析仪表虽然经计量检定，但系统仍是常规表计及相应辅助设备的整体，还需要经过标定及比对试验才能够反映烟气中污染物的真实值。例如烟尘数据只是以百分比表示的浊度信号，不能反映出真实的排放浓度，还应通过至少3个工况的比对试验，以标出浊度与浓度之间的关系。并且，烟气污染物监测也应经标准气校准后的数据与标准中规定的方法进行比对，以保证测试数据的准确性。
5 运行与维护
5.1运行
运行即系统的启动、投运与停机。系统启动前首先应投入采样器加热与伴热采样线加热，达到要求的温度后才能启动机柜电源，以消除低温腐蚀和由于温度低样气含湿引起监测数据的不准，甚至由于过高湿分的烟气进入分析仪表造成仪表的损坏。正常投运后，应根据锅炉及电除尘器的运行状态对CEMS系统运行方式进行调整，如当锅炉投油时，均应将烟尘、烟气采样装置从采样状态切换到反吹状态；当电除尘器运行不佳或锅炉吹灰时，烟尘、烟气采样装置也应切换到反吹状态。根据季节的不同，可调整伴热线的温控装置以调节伴热温度。另外，运行中还应注意分析仪表等设备的运行状态以及监测数据的正常合理性，为维护打下基础。当系统需停机时，不应直接关闭电源，而应该按关机程序进行关机：先将采样气路排空，用压缩空气对伴热采样线进行反吹以清除管线内的残余气体，关闭气路入口，关闭系统电源。对于烟尘采样系统中的反吹气系统，应根据实际情况维持镜片清洗或停运。
5.2维护
主要应对超细过滤器、蠕动泵、气体流量计、采样泵、采样器、伴热线加热及温控装置、反吹系统进行维护，以保证CEMS正常、稳定运行。对于过滤器，应根据烟道内含尘浓度的状况及时更换。对蠕动泵应检查其连续运转及排水状况。根据气体流量计显示的流量变化判断采样泵的抽力情况，并根据需要更换泵膜。总之，应加强CEMS各部分的维护，使问题解决在萌芽状态。
6 结束语
烟气污染物在线监测系统提供了监测烟气中污染物的简便、有效的方法，在烟气脱硫系统中是不可缺少的环保设备，但目前已安装的CEMS大都不能正常投运。以上对CEMS的选型、安装、调试、运行、维护等几个关键质量控制因素进行了经验性阐述，以减少CEMS运行故障，为系统良好运行打下基础。
参考文献
［1］HJ/T 752001，火电厂烟气排放连续监测技术规范［S］.
［2］HJ/T 762001，固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法［S］.
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