烟气排放连续监测系统在垃圾焚烧电厂中的典型应用

烟气排放连续监测系统在垃圾焚烧电厂中的典型应用

宋庆浩 1 王海军 2

1 山东电力工程咨询院有限公司 山东 济南 250013 2 国家电力投资集团湖北分公司 湖北 武汉 430061

摘要：烟气排放连续监测系统（CEMS）能够实时、连续监测垃圾焚烧电厂烟气排放中气态污染物、烟尘浓度等参数，为环保部门提供调控依据。本文介绍了CEMS系统在垃圾焚烧电厂中的一种典型应用，包括CEMS系统的原理、组成、维护使用等方面的内容。

关键词：CEMS;垃圾焚烧电厂;烟气排放

1前言

随着人民生活水平的提高，城乡生活垃圾产量急剧增长，已成为制约我国建设环境友好型社会的重要因素。垃圾焚烧电厂具处理量大、占地少等特点，使其成为生活垃圾处理的新技术手段，已逐步取代传统的垃圾填埋方式。

目前，我国很多城市已建设垃圾焚烧电厂，同时也带来了污染物排放的问题，如何做好污染源自动监控手段，成为重中之重。为监控烟气排放指标，在垃圾焚烧电厂烟气出口设置烟气排放连续监测系统（CEMS，Continuous Emission Monitoring System）十分必要，此外，环境监管部门还会定时对垃圾焚烧电厂烟气进行手工采样对比，确保污染排放达标，促进环境健康发展。

2 CEMS系统相关要求

垃圾焚烧电厂的CEMS系统监测指标至少应包括烟气中一氧化碳、颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氯化氢，烟气参数（温度、压力、流速/流量、湿度、含氧量），同时计算污染物排放速率和排放量，显示和打印各种参数、图标，并通过数据、图文等方式传输至管理部门。

3 CEMS系统组成

下面以某垃圾焚烧电厂为例，介绍一种CEMS系统在垃圾焚烧电厂中的典型应用。

CEMS系统由气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气辅助参数子系统、数据采集、传输与处理子系统等组成。采用抽取式高温型180℃以上在线分析仪，通过抽取式加热采样，测定烟气中颗粒物浓度、气态污染物浓度，同时测量烟气温度、烟气压力、烟气流速或流量、烟气含湿量、烟气氧量等参数，计算烟气中污染物浓度和排放量，可以显示和打印各种参数、图表并通过数据、图文传输系统传输至环保管理平台。CEMS系统配置见图1。

图1 CEMS系统配置图

3.1气态污染物监测子系统

目前，垃圾焚烧电厂主要监测的SO2、NOX、CO、HCL、H2O等参数由气态污染物监测子系统测量得到。气态参数检测方法采用目前国际上通行的高温傅里叶变换红外分析法（FT-IR），监测子系统主要由加热型采样单元、烟气取样管线、FT-IR分析仪、控制与数据处理单元组成。

3.1.1傅里叶变换测量原理

红外光谱原理基于气体分子对红外光源发出的红外光的吸收。对于每一种气体分子其红外光谱都是特定的，因此可以通过样品光谱对气体组分进行识别。红外光源发出的宽带红外辐射经过一个干涉仪后被其调制，干涉仪对光辐射进行反向傅立叶变换，辐射光经过样品最后到达检测器，通过对电信号进行傅里叶变换，得到样品的红外光谱。光谱可表述为吸光度值，光谱仪定量分析基于通用的Beer-Lambert定律，此定律将样气浓度与测量得到的吸收光谱联系起来。由于造成红外吸收的分子数量与吸收度之间具有线性关系，因此可以实现对多组分混合物的定量分析。

3.1.2气态污染物监测子系统组成

（1）加热型采样单元

加热型采样系统由三部分组成：不锈钢采样探头、加热型过滤箱、射流采样器。

①不锈钢采样探头：使用温度最高可以达到550℃，不锈钢材料内安装过滤芯。

②加热型过滤箱：进入分析仪前，通过加热型过滤箱，使样气恒温在200℃±5℃范围，避免烟气中的水份和未知高沸点化合物冷凝。

③射流采样器：采用无任何运动部件的射流取样技术，射流取样泵使用寿命不低于10年。

（2）烟气取样管线

烟气取样管线由3根PFA管线组成，将样气传输到FT-IR分析仪。内管采用进口PFA材质，有效减少SO2、HCl、HF、NH3等吸附性气体组分的损失。烟气取样管线加热温度大于180℃,最大温度可220℃。

（3）FT-IR分析仪

FT-IR分析仪主要由光源、迈克尔逊干涉仪、检测器等组成。红外光谱发射一个中红外区的多色辐射，被送入迈克尔逊干涉仪。干涉仪中的光束分离器将入射光束平均分为两个相同的光线，送至接近直角面的两个镜子（一个为静态的，一个为振动的），通过镜子进行反射并重新汇聚以获得干涉图像，此干涉图取决于由镜子振动引起的光程差不同。

（4）控制与数据处理单元

控制与数据处理单元由控制主机、显示器、打印机、系统软件等组成。控制与数据处理单元将HCl、CO、CO2、SO2、HF、NOx等组分值的信号换算成压力为101325Pa、温度273.15K、氧含量为11%标准条件的干烟气值，并完成各种排放量的计算、存储和传输。

3.2颗粒物监测子系统

颗粒物监测子系统采用等速抽取式采样激光前向散射颗粒物监测粉尘仪，主要包括取样探头，恒温伴热管线，汽化腔室，测量主机，控制器，分析单元等。

该系统适合于低于露点的冷烟道或水滴的存在的湿烟道的颗粒物在线测量。系统通过等速取样装置从烟道中连续抽取代表性烟气，加热到结露点温度以上使水滴蒸发，然后测量干烟气条件下的颗粒物浓度。

通过加热取样的方法有效地克服了在湿法除尘后冷凝和水滴对原位颗粒物监测干扰的问题，也有效克服了稀释法技术上会出现稀释比困难及放大数据误差问题。

3.3烟气辅助参数子系统

烟气辅助参数子系统采用配套的温压流一体机，可以在风、雨、雷电、粉尘、高低温度等恶劣环境下长期连续不间断地监测管道内的气体流速、压力、温度，并通过模拟信号4~20mA输出。

流速仪采用传统的皮托管差压测量原理，采用"S"型皮托管检测头，测量时将皮托管探头插入管道中，并使探头中心轴线处于过流断面中心且与流线方向一致，探头全压测孔正对来流，静压测孔背对来流，分别将全压静压传递给传感器，传感器测得差压值即动压。此动压值与烟气流速有关，流速大则动压大，无流速时动压为零，从而根据计算公式计算出流速数值。

4CEMS系统的维护和使用经验

为保证CEMS系统的安全稳定运行，操作维护人员需遵循以下要求：

（1）保证仪表室内的公共条件正常，如照明、空调、通风等。进入仪表间后要判断室内是否有异味或刺激性气味，如发现异常需尽快离开房间，开窗通风，防止中毒。

（2）在非校准期间，仪表间内标气瓶减压阀应关闭，标气瓶安全放置。

（3）如测点是正压且压力比较大时，禁止拆卸烟道上的设备，如果必须拆卸，则需要戴好防护装备，以免受伤、中毒。

（4）日常巡检仪表气的气源质量、气源压力，及时排水。气源要求：露点-40℃、无油、无水、无尘。气源压力：0.5-0.7MPa。

（5）探头滤芯如有变色、有灰尘等异常情况，请予以更换并检查原因。

（6）CEMS系统室内温度应该保持在25℃左右，温度变化应该保持在5℃范围内；检查排风扇是否正常运行。

（7）定期检查采样探头、采样管线、仪表气减压阀组、过滤器等，防止损坏设备。

5结语

目前建设投产的垃圾发电厂越来越多，作为监控垃圾发电厂烟气排放指标的重要手段，CEMS系统的应用会越来越广泛。合理选择CEMS型式，能够很好的监测电厂排放参数，减少运维人员工作量，也为我国打赢蓝天保卫战提供了强有力的支持。

参考文献

[1]张鑫源.烟气CEMS系统在生活垃圾焚烧发电厂的应用[J].大科技，2018（21）：100~101.

[2]李军.烟气CEMS系统在珠海市垃圾发电厂的应用[J].中国科技投资，2019（11）：68~69.