摘 要：LNG燃?xì)怆姀S的生產(chǎn)在電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)峰過(guò)程中起到了舉足輕重的作用，LNG燃?xì)怆姀S的生產(chǎn)過(guò)程啟、停及升、降發(fā)電負(fù)荷的頻繁為電網(wǎng)靈活的負(fù)荷調(diào)整起到關(guān)鍵的作用。在這種情況下對(duì)LNG燃?xì)怆姀S中的鍋爐排放的煙氣進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)為煙氣中各類有害氣體實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)是必不可少的環(huán)節(jié)。本文論述了ABB公司生產(chǎn)的EL3020型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）的構(gòu)成、原理及在我廠中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：CEMS 煙氣 連續(xù)監(jiān)測(cè) SO2 NOx 煙塵

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（b）-0122-01

我廠主要是LNG、9F級(jí)的2×393MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)，德國(guó)西門子原裝LNG燃機(jī)，上海電氣的發(fā)電機(jī)及汽輪機(jī)，余熱鍋爐為三壓、再熱、臥式、無(wú)補(bǔ)燃、自然循環(huán)、燃汽輪機(jī)余熱鍋爐，該余熱鍋爐由杭州鍋爐集團(tuán)股份有限公司，引進(jìn)德國(guó)西門子公司，全套燃?xì)廨啓C(jī)余熱鍋爐設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)制造本套汽輪機(jī)余熱鍋爐。我廠分別在#1、#2余熱鍋爐煙囪頂部安裝了一套ABB公司生產(chǎn)的EL3020型煙氣排放連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS），該系統(tǒng)采用紫外差分吸收光譜法，即長(zhǎng)光程差分吸收光譜法（DOAS）原理研制而成，成功實(shí)現(xiàn)了煙氣排放（SO2、NOx、煙塵）在線實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定義

連續(xù)測(cè)定顆粒物和/或氣態(tài)污染物濃度和排放率所需要的全部設(shè)備，英文名稱“Continuous Emission Monitoring System”，簡(jiǎn)稱“CEMS”。它是由采樣、測(cè)試、數(shù)據(jù)采集和處理三個(gè)子系統(tǒng)組成的監(jiān)測(cè)體系。

1.2 CEMS組成和描述

煙氣CEMS由顆粒物CEMS和/或氣態(tài)污染物CEMS（含O2或CO2）、煙氣參數(shù)測(cè)定子系統(tǒng)組成。通過(guò)采樣方式或非采樣方式，測(cè)定煙氣中的污染物濃度，同時(shí)測(cè)定煙氣的溫度、壓力、流速或流量、煙氣的含氧量，煙氣的含水分量（或輸入煙氣含水量）；計(jì)算煙氣污染物排放率、排放量；顯示和打印各種參數(shù)、圖表并通過(guò)數(shù)據(jù)、圖文傳輸系統(tǒng)傳輸至管理部門。

1.3 煙氣在線監(jiān)測(cè)儀

1.3.1 煙氣在線監(jiān)測(cè)儀的構(gòu)成和原理

YDZX-01型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括煙氣測(cè)試分析儀、氧量分析儀、流速儀、凈化空氣吹掃系統(tǒng)等幾部分。煙氣在線監(jiān)測(cè)儀完成SO2、NOx、煙塵濃度的測(cè)量，流速儀完成對(duì)流速、煙氣溫度、煙氣壓力等的測(cè)量，經(jīng)過(guò)RS232口傳至現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)，完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)。凈化空氣吹掃系統(tǒng)向測(cè)試儀鏡片不斷的吹掃，以保持測(cè)試儀鏡片的清潔。

在整套設(shè)備中，煙氣測(cè)試分析儀是核心，所有原始數(shù)據(jù)的獲得全由它完成。分析儀主要包括光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子學(xué)測(cè)量和控制系統(tǒng)等部分。

1.3.2 光學(xué)系統(tǒng)

光學(xué)系統(tǒng)是完成煙氣光譜采樣的關(guān)鍵。光學(xué)系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩大部分組成，包括光源、透鏡、角反射器、狹縫和多道光譜儀等。光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡直接進(jìn)入煙道中，通過(guò)煙氣吸收后經(jīng)角反射器返回，由狹逢進(jìn)入光譜儀，由光柵分光，在光柵色散焦平面由二極管陣列探測(cè)器（PDA）接收。

1.3.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)械結(jié)構(gòu)部分包括插入式氣體采樣管、二極管陣列探測(cè)器的線性檢測(cè)及本底測(cè)量裝置的機(jī)械驅(qū)動(dòng)。考慮到煙道中溫度很高，而且有SO2等腐蝕性很強(qiáng)的污染氣體，所以氣體通道包括測(cè)量槽及有關(guān)配件均采用不銹鋼、透紫外光的石英玻璃材料制作。氣體通道上的光學(xué)元件和密封元件均耐高溫耐腐蝕。

1.3.4 插入式氣體采樣管

它是測(cè)量和采樣的關(guān)鍵，將其置入煙道內(nèi)，滿足了連續(xù)在線監(jiān)測(cè)的要求，省去了抽氣方式中的長(zhǎng)距離采樣加熱管道、過(guò)濾器、冷凝器等復(fù)雜裝置，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)安裝和控制更方便。

1.3.5 工作過(guò)程

光譜法測(cè)量污染氣體濃度是利用光在氣體中傳播時(shí)氣體分子對(duì)光的吸收，在一定條件下，遵循朗伯-比爾定律，即光通過(guò)氣體后，有一部分被吸收，其吸光度與氣體分子濃度及氣層厚度的乘積成正比。儀器利用氣態(tài)污染物對(duì)特定波段的光具有吸收特性，選擇波段在200～320 nm的紫外光作光源，因?yàn)樵诖瞬ǘ蝺?nèi)水分子和其它氣體幾乎沒(méi)有吸收。入射光被污染物吸收后，經(jīng)光柵分光，由高靈敏二級(jí)管陣列探測(cè)器測(cè)量吸收光譜，并由此經(jīng)計(jì)算機(jī)根據(jù)Beer定律，利用反演算法得到污染物的種類和含量。

光源發(fā)出的寬帶光譜經(jīng)石英聚光透鏡后通過(guò)光分束器，再由反射鏡反射到準(zhǔn)直透鏡，通過(guò)前窗鏡照射到探頭后端的角反射鏡上，探頭窗鏡上裝有透光波段200～250 nm的紫外濾光片。角反射鏡反射光按原光路返回到光分束器上，然后經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡照射到光譜儀的入射狹縫上，通過(guò)光柵色散形成光譜。高靈敏度線陣CCD探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，CCD探測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后送入高速信號(hào)采集A/D和CPU處理單元；控制處理單元的功能是將該信號(hào)數(shù)字化并存入存儲(chǔ)器，然后由系統(tǒng)總控制單元采用適當(dāng)?shù)厮惴▽?duì)其進(jìn)行處理得到SO2、NOx濃度等信息。在數(shù)據(jù)分析和處理中采用硬件和軟件平均濾波技術(shù)，構(gòu)成了差分吸收光譜測(cè)量系統(tǒng)，從而使光源強(qiáng)度隨著時(shí)間的慢變化不影響測(cè)量精度。由于計(jì)算是通過(guò)吸收峰來(lái)進(jìn)行的，是由譜線的峰值和谷值來(lái)反演出來(lái)的，而粉塵只是對(duì)整條譜線起著衰減的效果，因此粉塵的變化不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響；監(jiān)測(cè)過(guò)程煙氣中主要吸收氣體分布。

2 應(yīng)用

煙塵、氧量、SO2、NOx溫度、流速參量分別由煙塵監(jiān)測(cè)儀、氧分析儀及變送器、熱電偶、皮托管和壓差傳感器測(cè)量，這些儀器把測(cè)量結(jié)果傳送到信號(hào)調(diào)理器（變送器），信號(hào)調(diào)理器（變送器）把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以RS485方式傳送到儀表間內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集控制器匯集各智能化儀器的測(cè)量數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)并上報(bào)給控制中心的中心控制數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，同時(shí)控制整套監(jiān)測(cè)儀器的運(yùn)行?？刂浦行闹饕梢慌_(tái)中心控制室數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及其外圍設(shè)備構(gòu)成?？刂浦行哪壳暗闹饕B接一個(gè)或多個(gè)前端數(shù)據(jù)采集器，控制中心最終數(shù)據(jù)與機(jī)組主控室中的DCS系統(tǒng)相連，在DCS系統(tǒng)上設(shè)定CEMS煙氣連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)區(qū)域，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。查看歷史數(shù)據(jù)，可以圖表形式顯示歷史數(shù)據(jù)，可對(duì)各種圖形進(jìn)行任意放大、縮小，圖表顯示排氣量以及煙塵、SO2、NOx、O2、CO、CO2的排放量以當(dāng)時(shí)相對(duì)應(yīng)的發(fā)電負(fù)荷，各種數(shù)據(jù)報(bào)表的打印與輸出。定時(shí)向管理部門發(fā)送排放數(shù)據(jù)報(bào)告，并可隨時(shí)響應(yīng)管理部門的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢。相關(guān)環(huán)保部門可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)得到所監(jiān)測(cè)各污染氣體的排放數(shù)據(jù)的報(bào)告，起到了真實(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)督的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)家大力提倡發(fā)展減排增效的環(huán)保型燃?xì)怆姀S中EL3020型煙氣排放連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）憑著系統(tǒng)工作可靠、運(yùn)行費(fèi)用低、安裝簡(jiǎn)便、無(wú)需人員監(jiān)守等優(yōu)點(diǎn)，在該行業(yè)里起了重要的作用。該系統(tǒng)為我廠機(jī)組運(yùn)行過(guò)程排放出煙氣中的有害氣體起到了實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用，同時(shí)也為我廠、相關(guān)環(huán)保部門提供了可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)起到了重要的作用。