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环保系统用烟气在线仪表选型探讨

2015-07,环保部总量司下发了《关于编制“十三五”燃煤电厂超低排放改造方案的通知》,称按照国办最新要求和工作部署,要求在完成《燃煤节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》的基础上,对燃煤电厂超低排放改造实施“提速扩围”,全国3.0×105 kW及以上燃煤机组和东部地区所有燃煤机组均需进行超低排放改造。在这种情况下,配套环保设施主体升级,系统对CEMS仪表也提出了更高的要求,需要升级或者换型。
国内大多数电力企业用污染物排放监测装置CEMS系统都依据《火电厂烟气排放连续监测技术规范》(HJ/T 75—2003)和《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》)(HJ/T 76—2003)的要求采用了抽取式CEMS设备,但是,从整个环保系统的实际情况来看,这种设备的选型原则还需要从以下几方面考虑。
1 CEMS仪表的配置
根据《火电厂烟气排放连续监测技术规范》第6.2部分要求,每台机组的CEMS设备配置既可以安装在单元机组的总烟囱上,也可以每台机组的净烟道各安装一套相同的设备,测定值汇总后作为源排放结果。由于当前各机组的环保设施涉及环保补贴计算,共用烟囱的机组在单机仪表异常时可能带来额外的环保风险,因此,建议在新改造工程中尽可能地将CEMS设备配置为单机单配,净烟气设备选用全组分、全参数配置。
当前,电厂烟气处理设施主要有脱硝系统、除尘系统、脱硫系统三大部分,根据检测需要,各个系统的仪表选型要求是不同的。
脱硝系统处于烟气处理设施的最前端,其检测参数主要有O2、NOx。基于环保系统需要计算脱硝效率的要求,其仪表配置需要在脱硝系统前、后各安装一套CEMS设备,其组分包含NOx、O2即可。
除尘系统一般位于脱硝系统和脱硫系统之间,随着新式深度除尘技术的应用,也有将系统安装在脱硫系统之后的,比如部分湿式除尘设备就安装在脱硫设备之后对烟气进行深度除尘处理。烟尘监测一般作为独立设备模块进行烟气尘组分的分析,将结果信号传送至CEMS的PLC进行统一处理后外传。根据《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》第6.2.6条内容,烟尘检测设备只要安装在除尘系统之后的烟道即可。如果需要安装在脱硫装置之前,只需用参比结果修正。在湿法脱硫技术为主流脱硫技术的现状下,净烟气烟尘测量受水分干扰的问题不可避免,建议在设备选型阶段避免和消除。国外的抽取式带烟气加热预处理的烟尘分析系统已经非常成熟,由于近几年国内环保监测要求的提高和超低排放项目的开展,此类设备也逐渐在国内得以应用。但就技术原理来说,新设备只是在原有散射光测量原理的基础上增加了加热预处理模块,将烟气加热到过热态,然后进行传统的测量处理,其主要技术关注点是如何避免抽取管路的烟尘贴壁。如果管路过长或者未采取控制措施,将直接导致测量结果偏低。
脱硫系统虽然根据技术方案的不同,系统配置有本质的差别,但是由于其发展多年,监测技术相对成熟。与脱硝系统一样,为了计算脱硫效率,脱硫装置出入口都需要安装CEMS设备,其组分包含02、SO2即可。如果采用单机单配的方案,那么净烟气设备需采用全组分配置。
2 脱硝系统CEMS存在的问题
超低排放指标中NOx要求不超过35 mg/m?,因此,CEMS仪表要实现全程测量,其量程比就要达到10∶1以上,且实际运行中对设备精度要求极高。而HJ/T 75—2007《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》第9.4的失控数据判定方法显然太过宽松,以此控制运行工况会存在极大的超标排放风险,因此,脱硝出口CMES设备建议选用双量程的仪表配置。这种配置需要兼顾低值测量的精度要求和高值测量的量程要求,并将其切换点设置在高值量程的下限处。国内主流的仪表厂家也开发了相关产品,不仅可以在分析仪表内集成双测量单元,还可以根据测量结果自动切换。
3 氨逃逸设备的选型
SCR脱硝装置氨逃逸表测量不准问题普遍存在,主要表现为趋势与工况不对应、测量值为零、示值偏小等。这种情况直接导致氨逃逸率的监测无法为脱硝系统运行提供可靠的调整依据,也无法依据氨逃逸的监测结果判断系统风险。因此,氨逃逸表计的选用应重点关注SCR出口烟尘含量高、管道震动、烟道膨胀不均等问题的解决办法。
现有氨逃逸设备可以采用对穿烟道的多孔固定杆组件提高仪表的对光效率。多孔连接杆一般为非标准配件,设备采购或者改造时可关注这一改善措施。如果条件允许,采用多测点手段监测。
抽取式氨逃逸分析仪表虽然避免了原位激光法测量设备单点取样的缺陷,但存在取样孔堵塞、样气结晶、气体池性能不稳定等问题,选用时应重点关注以上问题的技术防范措施;抽取式仪表结合多点采样设备能有效提高氨逃逸测量的准确性。
氨逃逸监测还需要重点解决的问题有SCR区氨气反应不均匀造成的空预器局部堵塞问题,建议采取喷氨自动优化,烟道流场优化,喷嘴、格栅调整等措施综合治理,以提高整个反应区的均匀性。
4 结论
本文结合超低排放项目对检测仪表的选型和运行中存在的部分问题进行了分析,但超低排放项目在还没有普及之前,系统运行中还可能出现其他问题。为此,我们可以从项目初期规划的角度入手,重点关注以下三个方面的问题:①环保项目的技术指标要按照相关行业技术规范、国标要求进行。由于近几年的排放标准提标速度远远超过了相关技术规范的更新速度,因此,在仪表选用上要结合实际,对所采用的仪表设备提出具体的技术要求,有前瞻性地避免设备过快淘汰。②要结合电厂环保监测仪表的用途灵活选用监测方法,比如调整控制用仪表需要重点关注仪表的快速性技术指标。③监测仪表只是环保系统运行的监控手段,在提高检测仪表的准确度和可靠性的同时,还需要从根本上解决脱硝系统的稳定性问题。为此,建议对锅炉燃烧控制进行优化,对烟气流场均匀性指标通过实验或者在线监测指标进行优化和及时调整。


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