王召鵬，李大鵬，尹海鵬

（神華國華壽光發(fā)電有限責(zé)任公司，山東 濰坊 262714）

0 引言

煙氣排放連續(xù)在線監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）包括煙氣參數(shù)（溫度、壓力、流速或流量、氧量、濕度等）測量模塊、氣態(tài)污染物測量模塊（SO2和NOx）和煙塵濃度測量模塊等。CEMS系統(tǒng)主要包括取樣系統(tǒng)、測量分析儀和其他輔助設(shè)備。取樣系統(tǒng)對煙氣進行采樣，樣氣進行必要的預(yù)處理后進入測量模塊。CEMS系統(tǒng)通常配有自動吹掃裝置、零點及量程校準(zhǔn)功能、壓縮空氣過濾減壓功能、排水排氣功能等。CEMS系統(tǒng)不僅具備對測量數(shù)據(jù)的采集和記錄功能，還具備計算功能，例如煙氣污染物排放量、污染物折算值等。CEMS系統(tǒng)通過數(shù)采儀等方式將測量數(shù)據(jù)實時上傳至環(huán)保監(jiān)管部門，包括分鐘數(shù)值及小時均值等。CEMS系統(tǒng)具備故障報警功能，提醒運維人員及時處理故障，提高系統(tǒng)運行的可靠性[1-2]。

1 煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

燃煤電站超低排放改造后使用的煙氣污染物監(jiān)測儀表的主要品牌有北京雪迪龍、北京西克、上海華川、上海何如、賽默飛、重慶川儀、杭州聚光等。各種品牌CEMS設(shè)備測量儀表核心分析儀和主要部件為進口，其他輔助系統(tǒng)及配件為國內(nèi)配套。進口的核心分析儀主要為：德國西門子、德國西克、美國API、美國賽默飛世爾、日本HORIBA等[3]。

從分析儀功能區(qū)分，氣態(tài)污染物測量模塊分為單組分和多組分兩種。單組分分析儀是指每種氣態(tài)污染物采用不同設(shè)備分別測量，例如美國賽默飛采用42i分析儀測量NOx，采用43i分析儀測量SO2。多組分分析儀可以同時測量多種氣態(tài)污染物及其他煙氣成分，例如德國西門子ULTRAMAT 23（以下簡稱U23）儀表，可以同時測量SO2、NOX、CO、O2等。多組分分析儀采用非分散紅外吸收法（NDIR），單組分分析儀采用紫外熒光測量SO2，采用化學(xué)發(fā)光法測量NOx[4-5]。

2 不同原理煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)對比分析

某國產(chǎn)1000MW超低排放機組采用兩套不同原理CEMS分析儀測量同一煙囪的污染物濃度，通過對兩套設(shè)備測量數(shù)據(jù)和運行情況的分析，找到測量誤差的來源，提高測量準(zhǔn)確性。一套分析儀表為北京雪迪龍公司的SCS-900系統(tǒng)，CEMS小間設(shè)計在煙囪66米平臺，取樣位于煙囪100米。另外一套分析儀表采用美國賽默飛Model 200系統(tǒng)，CEMS小間設(shè)計在煙囪100米平臺，取樣點位于CEMS小間上方。

2.1 氣態(tài)污染物取樣方式對比分析

SCS-900型CEMS系統(tǒng)氣態(tài)污染物取樣方法為直接冷干抽取法，探頭結(jié)構(gòu)簡單，煙氣在進入分析儀之前先進行冷凝和除濕，測量的氣態(tài)污染物為干基濃度下的數(shù)值。在設(shè)備日常使用中，為了避免樣氣結(jié)露導(dǎo)致SO2測量數(shù)值跳變，系統(tǒng)對整個樣氣管路的伴熱要求較高，包括取樣探頭、取樣管路以及分析儀機柜內(nèi)管路。煙氣SO2濃度較低時，當(dāng)出現(xiàn)部分管路伴熱故障的情況，容易導(dǎo)致SO2頻繁變零。取樣方式為負(fù)壓取樣，這要求取樣管理無泄漏，否則會導(dǎo)致測量精度降低。

Model 200型CEMS系統(tǒng)氣態(tài)污染物取樣方法為稀釋抽取法，將除塵后的樣氣按照設(shè)計比例進行稀釋，降低了污染物的濃度。經(jīng)過預(yù)處理設(shè)備后到達分析儀，從而降低了樣氣露點，無需進行冷凝和除濕，避免了長距離輸送產(chǎn)生測量偏差。測量的關(guān)鍵技術(shù)是控制稀釋比，取樣為正壓取樣，樣氣泄漏對測量結(jié)果影響小。測量誤差來源主要包括煙氣溫度、壓力、濕度等，系統(tǒng)對稀釋用的壓縮空氣品質(zhì)要求較高。

2.2 氣態(tài)污染物分析儀測量技術(shù)對比分析

SCS-900型CEMS系統(tǒng)氣態(tài)污染物分析儀采用德國西門子公司的U23儀表，測量的原理為非分散紅外吸收法。U23分析儀可以測量多種組分，SO2和NO檢出下限相對較高，最小可設(shè)置量程相對較大。在設(shè)備日常使用過程中，分析儀抗干擾能力一般，受樣氣中水分影響較大。當(dāng)機組氣態(tài)污染物排放量濃度較低時，測量容易出現(xiàn)誤差。為避免U23分析儀零點漂移，需進行自動零點校準(zhǔn)。U23分析儀測量結(jié)果受溫度影響會出現(xiàn)測量誤差，保持CEMS小間溫度在相對溫度的范圍內(nèi)可減少測量誤差。

Model 200型CEMS系統(tǒng)采用兩種儀表對兩種氣態(tài)污染物分別測量，采用42i分析儀測量NOx，采用43i分析儀測量SO2。42i和43i測量的靈敏度相對較高，檢出下限相對較低，抗干擾能力好，不易受到樣氣中其他成分（如水分、粉塵、CO2等）的影響。當(dāng)機組氣態(tài)污染物排放量濃度較低時，測量誤差相對較小。

兩種原理NOx測量數(shù)據(jù)曲線如圖1所示，同時參考第三方機構(gòu)數(shù)據(jù)比對結(jié)果，可以對比分析出，化學(xué)發(fā)光法測量準(zhǔn)確性更高，數(shù)據(jù)波動較小，不易受背景氣影響。

圖1 兩種原理NOx測量曲線

2.3 含氧量測量

SCS-900型CEMS系統(tǒng)U23分析儀內(nèi)包括氧電池，采用電化學(xué)法測量氧量。這種方法成本較低，維修更換簡單，但測量誤差相對較大，壽命較短。設(shè)備運行過程中需定期更換氧電池，避免因氧電池?fù)p壞導(dǎo)致環(huán)保數(shù)據(jù)異常。

Model 200型CEMS系統(tǒng)采用TXO-1000型氧化鋯測量氧量。氧化鋯探頭插入在煙道內(nèi)，傳感器電極涂制了專門針對煙氣的防護涂層，可以降低煙氣中其他成分氣體對傳感器的腐蝕，直接接觸地測量煙氣中的氧量。測量精度為1%FS，量程偏移和零點漂移每月小于0.5%，精度相對較高。

兩種原理O2測量數(shù)據(jù)曲線如圖2所示，同時參考第三方機構(gòu)數(shù)據(jù)比對結(jié)果，可以對比分析出，氧化鋯測量準(zhǔn)確性更高，數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。

圖2 兩種原理O2測量曲線

2.4 溫度、壓力、流速和濕度測量

SCS-900型和Model 200型CEMS系統(tǒng)溫度、壓力、流速均采用一體化設(shè)計，測量原理相同。Model 200型采用安榮信生產(chǎn)的ATP2000，功能比較豐富，可以進行溫度、壓力補償計算。兩種設(shè)備測量準(zhǔn)確度高，適合于超低排放機組。

SCS-900型CEMS系統(tǒng)采用Model 2061型濕度儀，測量原理為阻容式，在煙氣濕度大于5%時，相對誤差不超過±20%。Model 200型CEMS系統(tǒng)采用維薩拉(芬蘭)生產(chǎn)的DMT143濕度儀，測量原理同樣為阻容法，準(zhǔn)確度為3%。兩種濕度儀均能較好地避免高溫?zé)煔庵蟹蹓m、酸性物質(zhì)對測量精度的影響，適合于超低排放機組濕度測量。

3 結(jié)語

通過對同一煙囪污染物排放口的兩種不同原理CEMS系統(tǒng)對比分析，兩種CEMS系統(tǒng)均能滿足1000MW超低排放機組對測量精度的要求。為進一步提高低濃度污染物測量準(zhǔn)確性，SO2測量宜采用紫外熒光法，NOx測量宜采用化學(xué)發(fā)光法，O2測量宜采用氧化鋯，取樣宜采用稀釋抽取法。同時應(yīng)綜合考慮設(shè)備成本，選擇合適的CEMS設(shè)備。