畢學坤 ,蘇 鵬,劉 潔,黃曉麗

(華電武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限公司,山西武鄉(xiāng)046300)

1 引言

煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)是根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝控制的要求而設計、生產(chǎn)的,是為保證工藝系統(tǒng)的安全運行和對氣體排放濃度監(jiān)測而專門設計的監(jiān)控裝置,節(jié)能、環(huán)保、安全。CEMS可對排放物SO2、NO、CO 、CO2、O2等有毒有害氣體及塵埃進行實時的監(jiān)測,并且對流量、壓力、溫度、濕度等進行定量分析,通過數(shù)據(jù)采集智能終端(HighSpeedDigitalDataRecorder)組態(tài)軟件進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理,并通過FPICEMS-2000-RM無線采集與傳送終端對數(shù)據(jù)進行分析并實時的與當?shù)丨h(huán)保局聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)環(huán)保局集散式的監(jiān)控每個排污點的詳細現(xiàn)場情況。

2 工程概況

華電集團武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限公司2×600MW空冷國產(chǎn)亞臨界燃煤發(fā)電機組,采用武漢鍋爐制造有限公司2080t/h亞臨界燃煤鍋爐,哈爾濱汽輪機廠亞臨界一次中間再熱單軸三缸四排汽直接空冷凝汽式汽輪機汽輪機和哈爾濱發(fā)電機三相兩極同步發(fā)電機,水-氫-氫冷卻,額定功率600MW,定額電壓10kV,自并勵靜態(tài)勵磁。設計煤種為武鄉(xiāng)境內(nèi)貧瘦煤,根據(jù)實際煤種情況,設計濕法脫硫,工程由北京博奇工程有限公司承建,山西和祥電力監(jiān)理公司監(jiān)理。煙氣分析系統(tǒng)為上海華川環(huán)保監(jiān)測儀器有限公司生產(chǎn)。在線數(shù)據(jù)監(jiān)測上報系統(tǒng)為聚光科技(杭州)有限公司提供,能夠確保系統(tǒng)全天24h不間斷對環(huán)保數(shù)據(jù)進行無線網(wǎng)絡傳輸。

3 煙氣連續(xù)監(jiān)測CEMS系統(tǒng)的應用

3.1 系統(tǒng)概述

整套系統(tǒng)包括探頭取樣系統(tǒng)、樣氣預處理系統(tǒng)、校準系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng),氣體分析儀,煙塵分析儀、氧量分析儀、DAS系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集和分析),GPRS遠程通訊系統(tǒng)。脫硫整套控制系統(tǒng)為北京ABBDCS集散控制,數(shù)據(jù)顯示及控制于中央控制室,就地配置煙氣分析小間,分析儀表及采集儀表控制柜安裝在小間內(nèi),于主控系統(tǒng)采用4-20mA硬接線聯(lián)系,并同時通過數(shù)據(jù)采集智能終端(High SpeedDigitalDataRecorder)與環(huán)保監(jiān)測實時系統(tǒng)柜通訊。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成

CEMS煙氣分析系統(tǒng)由柜內(nèi)和柜外兩大部分組成。分析柜分為脫硫入口分析柜和出口分析柜,安裝在室內(nèi),柜外部分的電加熱自動控溫取樣探頭,安裝在煙道上。系統(tǒng)加熱探頭抽取樣氣,經(jīng)探頭內(nèi)置過濾器過濾大量煙塵。其加熱溫度不低于145℃,以防止冷凝。預處理單元:包括壓縮機除濕器、耐腐抽氣泵、氣溶膠過濾器、反吹單元等。用于完成樣氣的凈化、除塵、除濕。標準氣從預處理前端通入,經(jīng)過預處理系統(tǒng),這樣使樣氣和標準氣以同樣條件進入分析儀器,減少系統(tǒng)誤差。氣體取樣設備在機柜內(nèi),樣氣首先經(jīng)過制冷室除濕,然后進入第二個有固定露點的冷凝器,穿過氣溶膠過濾器分離硫酸,通過濕度報警精細過濾器并檢測冷凝器的故障,產(chǎn)生的輔助信號進入分析儀故障信號切斷抽氣泵。故障排除后泵自啟動。氣體分析儀能夠同時有選擇地測量多種組分的氣體。系統(tǒng)可連續(xù)工作,正常情況下無須維護。

3.2.1 分析單元

多組份光譜分析儀測量NOx、SO2和O2,分析儀提供自動標定功能,該儀器可采用標準氣體對儀器進行校準,各參數(shù)通道相互獨立,穩(wěn)定可靠。智能化程度高,和樣氣接觸的紅外氣室可拆卸清洗,極大地降低了維護成本。

3.2.2 控制單元

PLC是CEMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制單元。與常規(guī)的控制方式不同,PLC提供了更為豐富的功能和更高的可靠性、擴展能力。在CEMS系統(tǒng)中,PLC提供了各種模擬量數(shù)字量的輸入、輸出信號,并通過軟件進行深度處理,其功能主要包括自動控制煙氣抽取,并自動為分析儀提供分析樣氣;執(zhí)行分析儀的零點和滿量程校準;自動反吹和冷凝排放;顯示CEMS系統(tǒng)狀態(tài)(采樣/校零/?？?反吹);報警、計算、定義、擴展;與DAS系統(tǒng)通訊;多點測量時,控制氣路切換、采樣排序和采樣周期。PLC提供了24h的記錄接口系統(tǒng),可以將加工過的數(shù)據(jù)傳輸給DAS,其控制指令通過DAS激活。PLC實現(xiàn)了分析系統(tǒng)智能化控制。系統(tǒng)內(nèi)通常設有外控(自動)和內(nèi)控(手動)兩種程序,能自動進行取樣分析、反吹、置換、溫度控制、故障識別、報警輸出等,與生產(chǎn)過程聯(lián)鎖,輸出4-20mA成分量信號和報警控制等開關信號。

3.3 系統(tǒng)示意圖

煙氣成分連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)工作原理,如圖1所示系統(tǒng)的基本組成。

3.4 系統(tǒng)方案

粉塵監(jiān)測系統(tǒng)主要由收發(fā)單元、反射單元、控制單元、自動清洗單元組成。收發(fā)單元和反射單元為系統(tǒng)主體測量部分。通過兩個安裝在現(xiàn)場測量煙道兩側(cè)的法蘭,利用精密的自校準光學系統(tǒng),基于光透射原理工作。該粉塵監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術特點包括采用直插式測量原理,可連續(xù)進行測量,直接輸出粉塵濃度mg/m3值。由于采用了固態(tài)光源,壽命長達十年。由于超寬帶二極管的寬帶光譜產(chǎn)生測量信號的光學鑒定,使測量比常規(guī)的LED系統(tǒng)要穩(wěn)定得多。高性能的微處理器技術。在不透明或透明濃度下用LC顯示,校準能力達到mg/m3。自動進行調(diào)零和量程檢查,自動污染校正。光學系統(tǒng)和電子設備裝均密封在內(nèi)部。樣品的調(diào)整不用特殊工具,方便易行。自動調(diào)整光程。有多個量程,多路信號輸出。先進的吹掃系統(tǒng)可減少維護量。流量監(jiān)測系統(tǒng)的探頭、法蘭和儀表外殼均為耐酸不銹鋼材料,防護等級為IP66。適用在高溫和腐蝕性的環(huán)境下連續(xù)工作。溫度監(jiān)測采用PT100熱電偶測量,方便、可靠、穩(wěn)定。壓力監(jiān)測采用直接連接,絕壓變送器測量。系統(tǒng)工藝圖見圖2:

圖1 系統(tǒng)流程圖

圖2 系統(tǒng)工藝圖

3.5 系統(tǒng)特點

(1)直接分析原樣,盡可能地保持煙氣物理和化學狀態(tài),樣氣具有代表性。滿足至少300d運行而不需要日常維修的要求,可長期無人值守(大于5d)?？梢蕴峁?8%以上的資料可利用率。

(2)功能豐富,包括反吹功能、自診斷和報警功能、指示功能、分析儀器自診斷、自動控制、自動校準、系統(tǒng)網(wǎng)絡化、錯誤代碼指示等功能。高可靠性、安全性、可維修性和可擴展性。監(jiān)測設備滿足兩套煙氣成分采樣探頭系統(tǒng)的運行要求,同時設計方案考慮了一定的預留接口和容量。CEMS可與電廠、電力局、環(huán)保局的局域網(wǎng)形成MIS/SIS網(wǎng),可以遠傳通訊。

(3)報告的煙氣流量＝工況下濕煙氣量X(大氣壓力+煙氣靜壓)/101300X273/(273+煙氣溫度)X(1-煙氣濕度),包含了溫度、壓力、濕度的修正為標況干煙氣量。

(4)分析儀器和監(jiān)測儀表包含了為日常維護人員檢修提供的電信號接口,極大地方便了技術人員檢修。所有煙道設備可以滿足在下列惡劣環(huán)境下應用:煙道壓力(-4.9至+4.9kpa)、煙囪入口溫度(小于250℃)、相對濕度(大于95%)。

(5)通過指示燈和現(xiàn)場動畫可以實時監(jiān)控設備的運行情況,通過趨勢圖了解數(shù)據(jù)變化的規(guī)律及特點。變送器的瞬時值依據(jù)實際安裝位置被分別標注到不同的工藝圖中。

(6)在歷史趨勢畫面中,可以選擇不同的數(shù)據(jù)進行趨勢查看,打印。并且同時可以分析出數(shù)據(jù)的最大值,最小值,平均值等;在畫面設置中可以方便的改變趨勢的類型如線條類型、顏色、文字格式等,支持實時打印。(圖3)

(7)以管理員身份登錄后可以進行高級參數(shù)設置,包括量程設置,數(shù)據(jù)設置,折算值,排放率,流量設置等。用戶在DCS根據(jù)現(xiàn)場情況實時更改需要的參數(shù),以達到工藝要求。數(shù)據(jù)采集智能終端通過GPRS無線網(wǎng)絡傳輸?shù)江h(huán)保局,由環(huán)保局對各現(xiàn)場進行統(tǒng)一的實時監(jiān)控。

圖3 歷史趨勢圖

4 結(jié)語

CEMS系統(tǒng)組態(tài)軟件作為現(xiàn)場監(jiān)控的監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理中心,具有完善的CEMS系統(tǒng)所需要功能,極大提高了工廠自身工藝安全性能,并可及時改變工藝,提高工廠效率,降低了損耗。經(jīng)過采集分析和處理的數(shù)據(jù)可通過無線網(wǎng)絡直接發(fā)送到國家環(huán)保監(jiān)管部門,十分便捷,而且數(shù)據(jù)準確真實,為減低大氣污染,提高人類生存環(huán)境起到了重要作用。