滄州華潤(rùn)熱電有限公司 吳世猛 袁繼鵬 孫 旭

隨之環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷降低，在發(fā)電廠中，環(huán)保達(dá)標(biāo)排放不僅是企業(yè)應(yīng)盡的義務(wù)，同時(shí)碧水藍(lán)天也對(duì)火電企業(yè)達(dá)標(biāo)排放提出了更高的要求。近年來(lái)，由于一些因素影響，非現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管執(zhí)法越發(fā)重要，環(huán)保督查力度也在逐年加大。

1 發(fā)電廠冷干法CEMS 質(zhì)控的要求及現(xiàn)狀

冷干法CEMS 指的是煙氣樣品進(jìn)入分析儀器前需要對(duì)煙氣進(jìn)行冷卻脫水，分析儀器測(cè)量的煙氣樣品是經(jīng)過(guò)除濕的干煙氣，干的煙氣有利于分析儀器的測(cè)量，同時(shí)減少煙氣對(duì)測(cè)量?jī)x表的污染及腐蝕，測(cè)量結(jié)果也是干煙氣中的煙氣污染物含量。質(zhì)控是伴隨著全系統(tǒng)校準(zhǔn)和非現(xiàn)場(chǎng)環(huán)保執(zhí)法而來(lái)的一種遠(yuǎn)程控制儀器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)CEMS 系統(tǒng)進(jìn)行全系統(tǒng)通標(biāo)的一種比對(duì)方法，目的在于對(duì)CEMS 煙氣經(jīng)過(guò)的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行通標(biāo)，從而直觀地反映系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)都處于正常的工作狀態(tài)。

在HJ 75-2017《 固 定 污 染 源 煙 氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中第11.2條規(guī)定：“抽取式氣態(tài)污染物CEMS 每三個(gè)月至少進(jìn)行一次全系統(tǒng)校準(zhǔn)，要求零氣和標(biāo)準(zhǔn)氣體從監(jiān)測(cè)站房發(fā)出，經(jīng)采樣探頭末端與樣品氣體通過(guò)的路徑（應(yīng)包括采樣管路、過(guò)濾器、洗滌器、調(diào)節(jié)器、分析儀表等）一致，進(jìn)行零點(diǎn)和量程漂移、示值誤差和系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的檢測(cè)”[1]。河北省出臺(tái)了全流程校準(zhǔn)的地方標(biāo)準(zhǔn)DB13/T 2716.3《污染源遠(yuǎn)程執(zhí)法抽查系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，規(guī)范中明確規(guī)定采取遠(yuǎn)程執(zhí)法抽查的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程質(zhì)控，結(jié)果作為環(huán)境執(zhí)法人員執(zhí)法依據(jù)。綜合來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)程質(zhì)控不定期性、隨機(jī)性、遠(yuǎn)程性給CEMS 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求[2]。

2 冷干法CEMS 質(zhì)控偏差產(chǎn)生原因分析及解決對(duì)策

如圖1所示，冷干法CEMS 煙氣流程中，煙氣需經(jīng)過(guò)取樣探桿、取樣探頭、伴熱的雙路取樣管（Φ8管路）、兩級(jí)冷卻器、過(guò)濾器、取樣泵、流量計(jì)最終進(jìn)入氣體分析儀進(jìn)行測(cè)量后排出，冷凝水經(jīng)雙級(jí)蠕動(dòng)泵自動(dòng)連續(xù)排出。遠(yuǎn)程質(zhì)控時(shí)由遠(yuǎn)程環(huán)保監(jiān)測(cè)中心隨機(jī)控制信號(hào)開啟閥門，如圖2所示標(biāo)準(zhǔn)氣體經(jīng)取樣管線中的Φ6管到達(dá)取樣探頭，然后經(jīng)過(guò)全流程到達(dá)分析儀表，最終完成煙氣的全流程的質(zhì)控工作，測(cè)量結(jié)果將直接返回到遠(yuǎn)程的環(huán)保監(jiān)測(cè)中心。結(jié)合全流程及質(zhì)控圖示流程，分析并概況質(zhì)控偏差產(chǎn)生的原因主要有以下兩部分。一是工藝和治理原因：由于大部分發(fā)電力企業(yè)采用濕法脫硫，高濕煙氣濕度大致在10%～20%，高濕煙氣易發(fā)生冷凝現(xiàn)象，冷凝水會(huì)導(dǎo)致大概率會(huì)有3～5ppm SO2的溶解損失；氨逃逸也是導(dǎo)致質(zhì)控產(chǎn)生偏差的又一因素，隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷減低，“超低排放”“近零排放”等標(biāo)準(zhǔn)的不斷出現(xiàn)，為了降低脫硫排放口的煙氣中的NOx，勢(shì)必會(huì)增大脫硝系統(tǒng)氨的噴入量。

圖2 冷干法質(zhì)控聯(lián)接圖

大量的噴氨不僅加劇了空預(yù)器系統(tǒng)的堵塞，同時(shí)與過(guò)量的氨逃逸同煙氣中SO2發(fā)生反應(yīng)，生成氨鹽結(jié)晶，銨鹽結(jié)晶顆粒較小且有很強(qiáng)的SO2吸附性，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)多次發(fā)生由于氨鹽結(jié)晶導(dǎo)致的管路堵塞，也多次發(fā)生由于氨鹽結(jié)晶導(dǎo)致的參數(shù)異常。

圖3為停運(yùn)冷干法CEMS 取樣伴熱管線殘余氨測(cè)量。實(shí)際測(cè)量在發(fā)現(xiàn)取樣管路內(nèi)壁有殘留白色氨鹽結(jié)晶如圖4所示，隨著加熱溫度的不同，氨氣測(cè)量?jī)x顯示1.4～19ppm 的氨氣殘留如圖5所示。經(jīng)過(guò)高溫水沖洗（或低濃度酸洗溶液沖洗）后氨氣測(cè)量?jī)x顯示無(wú)氨氣殘留。表1則為使用氨逃逸檢測(cè)儀器對(duì)取樣管線清洗前，抽取空氣所測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)，測(cè)量過(guò)程中取樣管線加熱溫度從145℃降至130℃。表2則為運(yùn)維人員吹掃清洗管路后再次使用氨逃逸檢測(cè)儀器所測(cè)氨逃逸結(jié)果數(shù)據(jù)。試驗(yàn)充分證明了取樣管線中存在有氨鹽結(jié)晶，且隨溫度的變化會(huì)有不同的析出現(xiàn)象，清洗管路后氨逃逸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本消失。

表1 吹掃清洗管線前測(cè)量氨逃逸數(shù)據(jù)

表2 吹掃清洗管線后測(cè)量氨逃逸數(shù)據(jù)

圖3 （微量氨逃逸檢測(cè)）

圖4 （取樣管線中白色結(jié)晶）

圖5 （氨氣檢測(cè)結(jié)果）

CEMS 設(shè)備原因。一是取樣探桿，高濕煙氣在取樣探桿內(nèi)發(fā)生冷凝，冷凝水會(huì)吸附部分SO2；二是采樣探頭，濾芯長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行易發(fā)生粉塵、結(jié)晶等吸附導(dǎo)致堵塞，透過(guò)性變差，同時(shí)吸附物會(huì)吸收部分SO2；三是伴熱管線，伴熱管線溫度設(shè)置過(guò)低、伴熱管線在敷設(shè)過(guò)程中存在U 型彎或伴熱管線伴熱帶加熱不均勻、伴熱管線和取樣探頭連接部分保溫不好，管線機(jī)柜終端處的不加熱部分，都易形成冷凝水，產(chǎn)生吸附。實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中發(fā)現(xiàn)伴熱管線中不僅會(huì)有冷凝水，還有氨鹽結(jié)晶吸附在伴熱管線內(nèi)壁上和連接接頭處，氨鹽吸附煙氣成分導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)偏差。四是冷凝器，冷凝器內(nèi)冷腔排水不暢，或者冷腔內(nèi)水、SO2、氨逃逸形成銨鹽，進(jìn)一步吸附。五是分析儀，分析儀表的精度差、量程設(shè)置不合適，或采樣流量設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致樣氣置換不徹底，導(dǎo)致測(cè)量偏低。

防止冷干法CEMS 質(zhì)控偏差的措施主要有以下幾個(gè)方面：一是合理控制工藝參數(shù)，提高脫硝催化劑的活性并采用更加先進(jìn)優(yōu)化的脫硝控制方案，在保障出口NOX 不超標(biāo)的，盡量減少氨逃逸的產(chǎn)生，例如可采用多分區(qū)脫硝噴氨控制策略，或者精準(zhǔn)噴氨，全截面噴氨等保證煙氣充分均勻混合后與氨發(fā)生反應(yīng)，提高脫硝效率。

二是合理調(diào)整脫硫吸收塔控制參數(shù)，定期檢查脫硫除霧器、漿液循環(huán)泵等工藝設(shè)施，保證除霧器、漿液循環(huán)泵等的運(yùn)行正常，降低顆粒物等對(duì)煙氣CEMS 的影響。

三是采用加熱的取樣探桿，合理設(shè)置加熱溫度，防止冷凝水在取樣探桿處的凝結(jié)。

四是采用過(guò)濾性更好的探頭濾芯，同時(shí)制定合理的更換周期，調(diào)整探頭反吹周期，保證反吹氣體干燥等都可降低探頭濾芯對(duì)質(zhì)控結(jié)果的影響。

五是采用質(zhì)量合格的取樣管線，保證加熱的均勻性，合理規(guī)劃取樣管路的敷設(shè)，避免U 型彎的出現(xiàn)，在探頭箱內(nèi)、機(jī)柜處增加伴熱等保證取樣管線全程不發(fā)生冷凝，定期對(duì)伴熱管線進(jìn)行清洗，也可使用低濃度酸洗溶液進(jìn)行沖洗，使的管壁附著的氨鹽等更容易被洗掉或溶解。

六是保證制冷器的排水效率，定期對(duì)冷腔進(jìn)行清洗，減少析出物等對(duì)煙氣測(cè)量的吸附影響。

七是目前大部分主流技術(shù)為分析儀前或取樣管路前增加Nafion 管等除濕手段，降低煙氣濕度，以減少煙氣冷凝的發(fā)生，質(zhì)量可靠高效的Nafion 干燥器不僅能提供干燥的煙氣，而且能避免煙氣成分的損失，目前部分生產(chǎn)廠商采用循環(huán)煙氣對(duì)Nafion 干燥器進(jìn)行反吹，選用除油、除濕效果好的干燥壓縮空氣對(duì)Nafion 進(jìn)行反吹不僅能提供Nafion 的除濕效果，更能延長(zhǎng)Nafion 的使用壽命，同時(shí)能為分析儀表提供干燥的校準(zhǔn)氣體，保證了分析儀表零點(diǎn)的準(zhǔn)確性，為數(shù)據(jù)的可靠測(cè)量提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如圖6、圖7所示，通過(guò)對(duì)零氣進(jìn)行干燥處理，將零氣露點(diǎn)降至零下-10℃，儀表零點(diǎn)由此也會(huì)變得較為準(zhǔn)確。

圖6 安裝前

圖7 安裝后

八是增加除氨裝置，包含在取樣管路前增加固體除氨器、磷酸滴定等方法來(lái)去除煙氣中氨逃逸對(duì)于測(cè)量產(chǎn)生的影響。目前，某公司多采用磷酸滴定的方法，如圖8所示，在取樣探頭箱處或冷凝器前端增加磷酸滴定裝置，該方法相對(duì)于固體除氨裝置，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，對(duì)于煙氣中氨逃逸量比較大及排放限值比較高的企業(yè)選用較為合適，但磷酸滴定裝置如果控制不好易發(fā)生腐蝕濕度儀，造成濕度偏差較大、反吹發(fā)生磷酸反流、滴定接頭處生成氨鹽堵塞等情況。如圖9所示，高溫固體除氨器，價(jià)格相對(duì)較高，工藝較為復(fù)雜，對(duì)于排放限值較低，氨逃逸量比較小的工藝場(chǎng)合較為適用。

圖8 磷酸滴定控制箱

圖9 高溫固體除氨柱控制箱

九是選用適用于排放標(biāo)準(zhǔn)量程的分析儀器，并定期更換分析儀器內(nèi)部的精密過(guò)濾器，對(duì)氣體分析儀器進(jìn)行線性檢測(cè)，保證儀器的測(cè)量精度。同時(shí)，提高環(huán)保監(jiān)測(cè)設(shè)施的運(yùn)維水平，保證儀器設(shè)備定期校準(zhǔn)、更換、保養(yǎng)等工作能夠準(zhǔn)確可靠。

本文介紹了冷干法CEMS 的當(dāng)前現(xiàn)狀及全流程質(zhì)控存在的問(wèn)題及原因，并提出解決質(zhì)控偏差的措施，尤其是創(chuàng)新地分析取樣管線中結(jié)晶物對(duì)煙氣測(cè)量產(chǎn)生的影響。隨著環(huán)保工作的逐步深入，能夠針對(duì)性解決火電廠冷干法CEMS 質(zhì)控產(chǎn)生偏差的問(wèn)題，一方面要求加大火電企業(yè)脫硫cems 預(yù)處理設(shè)施上的投入，同時(shí)由于非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法的隨機(jī)性也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)CEMS設(shè)備的運(yùn)維提出更高的要求。另一方面，保障了環(huán)保設(shè)施的正常運(yùn)行，避免環(huán)保處罰等情況的發(fā)生。