CEMS系统在火电厂应用和工程设计分析

【中国环保在线 技术前沿】本文将通过对CEMS系统构成、原理、安装设计以及具体应用等方面，对CEMS系统在火电厂中的应用以及工程设计分析进行探讨和研究。
1 引言
CEMS 是一种可以有效行使工艺过程检测以及环保排放监测职能的一种设备，在火电厂中，主要的应用为对烟气的排放过程进行连续性监督以及检测。其中，火电厂烟气中普遍含有腐蚀性气体、水以及烟尘等，会使得仪表面临磨损、堵塞以及腐蚀等威胁。同时，基于各项环保法规的出台，对仪表提出各种要求也越来越高。
2 CEMS系统构成及其原理探究
2.1 气态污染物监测子系统
此类污染物具体包括：一氧化碳、二氧化硫以及氮氧化物等。主要的测量方式包括：完全抽取法以及直接测量法等，现如今于脱硫以及脱硝项目中应用为广泛的方法为完全抽取法，同时，可将此类方法具体分为紫外吸收法以及红外吸收法两种，基本原理为利用气体分子可吸收某一特定谱段中光的特性，对相应气体分子的衰减度实施有效测量，进而经由计算得出相应气体的实际浓度。基于应用此类方法进行的测量，得出的参数普遍呈干态，利用一个分析仪便能对4种及以上的气体成分实施合理分析。
2.2颗粒物监测子系统
现如今应用较为广泛的烟尘仪主要包括激光散射法烟尘仪以及激光对射透过法分析仪，前者仅需要合理设置于烟道的某一侧，主要职能为监测光在透过烟尘时所发生的强度变化情况；而后者则需要在烟道的两侧位置处实施对称设置。同时，为了有效降低烟尘可对探头产生的不良影响，可以利用空气实施连续性吹扫。
2.3 数据采集、传输与处理子系统
一般而言，在CEMS机柜中的小型PLC可有效控制系统的反吹以及抽气等项目，同时，仪表中的信号也需要输送至PLC中实施具体处理，即将经由通讯接口接收的数据传输至CEMS的数据采集系统中。其中，数据采集系统主要指的为一台含有数据处理以及采集软件的工业 PC，可依照相应区域环保的实际需求，对数据实施有效的统计以及存储，并可以利用通讯口将相应格式的数据传输至环保部门中。
2.4 烟气排放参数测量子系统
该系统主要是对烟气的温度、流量以及湿度等实施测量。其中，在测量流量时，可以应用超声波法等。依照相应的规范要求，在测量湿度以及大气压力的过程中，可以应用的方法包括：在线仪表测量法以及人工输入法。一般而言，理应通过折算气体污染物浓度的方式，使其转变为含氧量为百分之六的状态，因此，也有必要对烟气中的氧浓度进行测量，可应用电池法以及磁氧式测量法等。
3 CEMS系统在火电厂应用和工程设计分析
3.1 安装设计
随着有关部门对CEMS 的安装位置及测量提出的要求不断增多，在实施具体的 CEMS 安装时所需要注意的因素也越来越多。其中，安装CEMS的区域应具备密封性良好、振动幅度较小等特点，通常来讲，首先应考虑的为烟道的负压区以及垂直管段位置，同时，安装区域的烟气流速应大于每秒五米以上。在对CEMS 实施安装设计时，需要对 CEMS 小房位置、平台设计以及烟道布置等方面进行充分考量。此外，CEMS机柜与取样点间的距离应适中，一般而言，将其控制在30到60米以内为佳。后，基于每隔一段时间就需要对 CEMS 进行比对以及检修等操作，因此，倘若相应区域平台的高度不小于5米，那么就不应考虑对其进行直爬梯设计，而是应进行Z字梯或者升降梯设计。
通过对现存脱硫项目实施的分析可以得知，现如今的多数脱硫项目普遍是直接将CEMS安装于烟囱口区域的汇总烟道中，有由于提升后期检修工作的效率以及便捷性，但与此同时，由于此类设计中的烟道一般较短，包含异形设计，实际可以进行CEMS安装的区域较少，且大多无法符合流量仪表的实际安装需求。据有关文件表明，将CEMS安装于烟囱中，有助于更快捷、的对排放污染源实施综合监管，所测量的流量数据准确性相对较高，但相对需要应用的取样管线也相对较长。
3.2 具体应用
3.2.1 烟气脱硝项目
在该项目中，对CEMS 以及SCR 实施监测的参数应包括：反应器入口以及出口处的含氧量、氮氧化物、烟气流量，与反应器出口的氨逃逸浓度。对 CEMS 以及 SNCR 实施监测的参数应包括：含氧量以及浓度。同时，照比脱硫烟气而言，脱硝烟气存在明显的特征为烟尘含量较高，更易导致探头以及仪表等出现堵塞以及磨损问题。此外，由于脱硝烟气具有的温度相对较高，因此，所应用的探头理应具备较为优良的耐高温性能。
3.2.1.1 烟气流量测量
在对脱硝烟气实施测量时，较为困难的点为脱硝烟道的设计普遍较为紧密，实施流量测量时的直管段长度无法良好符合所规定要求；优势点为烟道中设置的脱硝系统普遍会优先设计出流场模拟，促使后期运行过程中的烟气流场具备较高的均匀性，对提升流量测量值的准确性以及可靠性具有积极影响。其中，在测量烟气流量的过程中，需要测量的因素包括：威力巴以及超声波等。烟气的主要特征为静压较低，因此，测量仪表的压差也应较小，所以，可以通过应用多点差压传感器的方式，促进测量结果的准确性以及可靠性提升。此外，为了有效降低烟气流量测量的准确性较低以及误差较大等原因对控制回路造成的不良影响，个别脱硝项目会通过合理应用锅炉参数计算的方式，得出烟气流量的具体数值，且据有关实践表明，此类方法的实效性也相对较高。
3.2.1.2 NH3分析仪
照比脱硫烟气流量测量而言，脱硝烟气流量测量中对烟气的逃逸NH3浓度进行测量是于近年来新加设的项目之一。同时，NH3分析仪的种类具体包括化学发光法以及激光式，其中，在应用化学发光法时，主要是经由将NH3转化为一氧化氮，进而促使一氧化氮与三氧化氮反应形成荧光，随后将NH3转换之前以及之后的烟气中一氧化氮的流量值进行比对，再经由实施相应计算得出NH3的实际流量值。通过有效利用此类方法的方式，可以同时对氮氧化物实施测量，所应用的取样方法为抽取法。
激光式NH3分析仪所采取的的则为直接测量的方法，无需优先进行取样操作，且与此同时，由于其光程的长度较短，因此，可以有效抵御相应区域内基于灰尘干扰产生的不良影响。由于锅炉中烟道的截面较大，烟尘的浓度也相对较高，因此，在具体将此类分析仪安装于锅炉中时，可采取的方式包括：
，于烟道角中合理择选2到3米的距离进行具体安装，同时，由此类分析仪的测量值极易受到烟道流场分布的影响，因此，倘若相应区域内的流场分布均匀性较低，则会导致相应的测量值缺乏较高的准确性。上述为现如今大多脱硝项目广泛应用的方式之一。
第二，在脱硝系统中加设取样风机，便于对烟道出口位置的烟气实施多点取样操作，并于风管中加设管段，再将NH3分析仪安装在其中。此类方式的主要优势在于，取样具有的可靠性较高，相对测量值的准确度也相对较高；弊端为促使取样风机基于粉尘较多、温度较高的环境下进行连续性工作，将会大幅度缩短其实际的使用寿命，且会导致其用电负荷增加。
3.2.1.3氮氧化物的测量
锅炉烟气中具有的一氧化氮量高达百分之95。其中，CEMS系统可利用催化剂，促使经过预处理以后的烟气中存在的二氧化氮转化为一氧化氮，使得仪表所测量的为烟气中一氧化氮的总浓度。其中，应重点注意的为，相应规定内容中指出，应利用二氧化氮表示氮氧化物的浓度，因此，使用上述方式进行的测量，需要对所得出的结果实施二次转换。此外，针对个别并未实施二氧化氮催化以及转换的项目，也可以采用折算的方法实施具体计算。且现如今，相应的环保规范中也并未对二氧化氮的催化以及转换进行明确规定。
3.2.1.4 数据采集系统
我国现下各地方区域的环保单位并未对脱硝装置的数据采集系统以及分析仪设置进行明确规定。并据有关规范指出，数据采集系统是CEMS系统中较为主要的构成部分之一，但由于脱硝系统并未存在于热电厂的尾端，因此，基于某种意义上而言，安装于烟囱上的分析仪才是正常的锅炉 CEMS。从对现如今工程设计的分析来讲，一般会依照单元机组，对脱硝烟气分析以及数据采集系统进行设计，并优先留出可以与当地环保进行连接的接口，有助于后期脱硝电价的开展。
3.2.2 其他检测项目
对锅炉的内部含氧量以及一氧化碳浓度进行测量，有助于实施更为优良的燃烧控制操作。对除尘器出口处的烟尘实施测量，有助于对设备的除尘性能以及效果进行检验，并可以对FGD入口处的烟尘测量参数加以有效应用。针对二氧化碳以及汞而言，我国现如今出台的环保法规中并未对相应的连续排放监测操作做出明确规定，但基础的研究以及试点工作已经处于陆续开展的过程中。
4 结束语
综上所述，为了有效降低现如今存在的多种环境污染问题对于我国的工业化发展产生的不良影响，对烟气排放连续监测系统实施有效的分析至关重要，有利于大幅度降低火电厂烟尘排放造成的诸多不良影响，因此，在具体应用CEMS系统时，需要注重积累经验，进而促使系统的设计以及应用质量提升，有助于更充分的发挥出CEMS系统的实效性。
原标题：【技术汇】CEMS系统在火电厂应用和工程设计分析