本文將通過對CEMS系統(tǒng)構(gòu)成、原理、安裝設(shè)計以及具體應(yīng)用等方面，對CEMS系統(tǒng)在火電廠中的應(yīng)用以及工程設(shè)計分析進(jìn)行探討和研究。
1 引言
CEMS 是一種可以有效行使工藝過程檢測以及環(huán)保排放監(jiān)測職能的一種設(shè)備，在火電廠中，主要的應(yīng)用為對煙氣的排放過程進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)督以及檢測。其中，火電廠煙氣中普遍含有腐蝕性氣體、水以及煙塵等，會使得儀表面臨磨損、堵塞以及腐蝕等威脅。同時，基于各項環(huán)保法規(guī)的出臺，對儀表提出各種要求也越來越高。
2 CEMS系統(tǒng)構(gòu)成及其原理探究
2.1 氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)
此類污染物具體包括：一氧化碳、二氧化硫以及氮氧化物等。主要的測量方式包括：完全抽取法以及直接測量法等，現(xiàn)如今于脫硫以及脫硝項目中應(yīng)用最為廣泛的方法為完全抽取法，同時，可將此類方法具體分為紫外吸收法以及紅外吸收法兩種，基本原理為利用氣體分子可吸收某一特定譜段中光的特性，對相應(yīng)氣體分子的衰減度實施有效測量，進(jìn)而經(jīng)由計算得出相應(yīng)氣體的實際濃度?；趹?yīng)用此類方法進(jìn)行的測量，得出的參數(shù)普遍呈干態(tài)，利用一個分析儀便能對4種及以上的氣體成分實施合理分析。
2.2 顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)
現(xiàn)如今應(yīng)用較為廣泛的煙塵儀主要包括激光散射法煙塵儀以及激光對射透過法分析儀，前者僅需要合理設(shè)置于煙道的某一側(cè)，主要職能為監(jiān)測光在透過煙塵時所發(fā)生的強(qiáng)度變化情況；而后者則需要在煙道的兩側(cè)位置處實施對稱設(shè)置。同時，為了有效降低煙塵可對探頭產(chǎn)生的不良影響，可以利用空氣實施連續(xù)性吹掃。
2.3 數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理子系統(tǒng)
一般而言，在CEMS機(jī)柜中的小型PLC可有效控制系統(tǒng)的反吹以及抽氣等項目，同時，儀表中的信號也需要輸送至PLC中實施具體處理，即將經(jīng)由通訊接口接收的數(shù)據(jù)傳輸至CEMS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要指的為一臺含有數(shù)據(jù)處理以及采集軟件的工業(yè) PC，可依照相應(yīng)區(qū)域環(huán)保的實際需求，對數(shù)據(jù)實施有效的統(tǒng)計以及存儲，并可以利用通訊口將相應(yīng)格式的數(shù)據(jù)傳輸至環(huán)保部門中。
2.4 煙氣排放參數(shù)測量子系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要是對煙氣的溫度、流量以及濕度等實施測量。其中，在測量流量時，可以應(yīng)用超聲波法等。依照相應(yīng)的規(guī)范要求，在測量濕度以及大氣壓力的過程中，可以應(yīng)用的方法包括：在線儀表測量法以及人工輸入法。一般而言，理應(yīng)通過折算氣體污染物濃度的方式，使其轉(zhuǎn)變?yōu)楹趿繛榘俜种臓顟B(tài)，因此，也有必要對煙氣中的氧濃度進(jìn)行測量，可應(yīng)用電池法以及磁氧式測量法等。
3 CEMS系統(tǒng)在火電廠應(yīng)用和工程設(shè)計分析
3.1 安裝設(shè)計
隨著有關(guān)部門對CEMS 的安裝位置及測量提出的要求不斷增多，在實施具體的 CEMS 安裝時所需要注意的因素也越來越多。其中，安裝CEMS的區(qū)域應(yīng)具備密封性良好、振動幅度較小等特點，通常來講，首先應(yīng)考慮的為煙道的負(fù)壓區(qū)以及垂直管段位置，同時，安裝區(qū)域的煙氣流速應(yīng)大于每秒五米以上。在對CEMS 實施安裝設(shè)計時，需要對 CEMS 小房位置、平臺設(shè)計以及煙道布置等方面進(jìn)行充分考量。此外，CEMS機(jī)柜與取樣點間的距離應(yīng)適中，一般而言，將其控制在30到60米以內(nèi)為最佳。最后，基于每隔一段時間就需要對 CEMS 進(jìn)行比對以及檢修等操作，因此，倘若相應(yīng)區(qū)域平臺的高度不小于5米，那么就不應(yīng)考慮對其進(jìn)行直爬梯設(shè)計，而是應(yīng)進(jìn)行Z字梯或者升降梯設(shè)計。
通過對現(xiàn)存脫硫項目實施的分析可以得知，現(xiàn)如今的多數(shù)脫硫項目普遍是直接將CEMS安裝于煙囪口區(qū)域的匯總煙道中，有由于提升后期檢修工作的效率以及便捷性，但與此同時，由于此類設(shè)計中的煙道一般較短，包含異形設(shè)計，實際可以進(jìn)行CEMS安裝的區(qū)域較少，且大多無法符合流量儀表的實際安裝需求。據(jù)有關(guān)文件表明，將CEMS安裝于煙囪中，有助于更快捷、高效的對排放污染源實施綜合監(jiān)管，所測量的流量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性相對較高，但相對需要應(yīng)用的取樣管線也相對較長。
3.2 具體應(yīng)用
3.2.1 煙氣脫硝項目
在該項目中，對CEMS 以及SCR 實施監(jiān)測的參數(shù)應(yīng)包括：反應(yīng)器入口以及出口處的含氧量、氮氧化物、煙氣流量，與反應(yīng)器出口的氨逃逸濃度。對 CEMS 以及 SNCR 實施監(jiān)測的參數(shù)應(yīng)包括：含氧量以及濃度。同時，照比脫硫煙氣而言，脫硝煙氣存在最明顯的特征為煙塵含量較高，更易導(dǎo)致探頭以及儀表等出現(xiàn)堵塞以及磨損問題。此外，由于脫硝煙氣具有的溫度相對較高，因此，所應(yīng)用的探頭理應(yīng)具備較為優(yōu)良的耐高溫性能。
3.2.1.1 煙氣流量測量
在對脫硝煙氣實施測量時，較為困難的點為脫硝煙道的設(shè)計普遍較為緊密，實施流量測量時的直管段長度無法良好符合所規(guī)定要求；優(yōu)勢點為煙道中設(shè)置的脫硝系統(tǒng)普遍會優(yōu)先設(shè)計出流場模擬，促使后期運(yùn)行過程中的煙氣流場具備較高的均勻性，對提升流量測量值的準(zhǔn)確性以及可靠性具有積極影響。其中，在測量煙氣流量的過程中，需要測量的因素包括：威力巴以及超聲波等。煙氣的主要特征為靜壓較低，因此，測量儀表的壓差也應(yīng)較小，所以，可以通過應(yīng)用多點差壓傳感器的方式，促進(jìn)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性以及可靠性提升。此外，為了有效降低煙氣流量測量的準(zhǔn)確性較低以及誤差較大等原因?qū)刂苹芈吩斐傻牟涣加绊?，個別脫硝項目會通過合理應(yīng)用鍋爐參數(shù)計算的方式，得出煙氣流量的具體數(shù)值，且據(jù)有關(guān)實踐表明，此類方法的實效性也相對較高。
3.2.1.2 NH3分析儀
照比脫硫煙氣流量測量而言，脫硝煙氣流量測量中對煙氣的逃逸NH3濃度進(jìn)行測量是于近年來新加設(shè)的項目之一。同時，NH3分析儀的種類具體包括化學(xué)發(fā)光法以及激光式，其中，在應(yīng)用化學(xué)發(fā)光法時，主要是經(jīng)由將NH3轉(zhuǎn)化為一氧化氮，進(jìn)而促使一氧化氮與三氧化氮反應(yīng)形成熒光，隨后將NH3轉(zhuǎn)換之前以及之后的煙氣中一氧化氮的流量值進(jìn)行比對，再經(jīng)由實施相應(yīng)計算得出NH3的實際流量值。通過有效利用此類方法的方式，可以同時對氮氧化物實施測量，所應(yīng)用的取樣方法為抽取法。
激光式NH3分析儀所采取的的則為直接測量的方法，無需優(yōu)先進(jìn)行取樣操作，且與此同時，由于其光程的長度較短，因此，可以有效抵御相應(yīng)區(qū)域內(nèi)基于灰塵干擾產(chǎn)生的不良影響。由于鍋爐中煙道的截面較大，煙塵的濃度也相對較高，因此，在具體將此類分析儀安裝于鍋爐中時，可采取的方式包括：
第一，于煙道角中合理擇選2到3米的距離進(jìn)行具體安裝，同時，由此類分析儀的測量值極易受到煙道流場分布的影響，因此，倘若相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的流場分布均勻性較低，則會導(dǎo)致相應(yīng)的測量值缺乏較高的準(zhǔn)確性。上述為現(xiàn)如今大多脫硝項目廣泛應(yīng)用的方式之一。
第二，在脫硝系統(tǒng)中加設(shè)取樣風(fēng)機(jī)，便于對煙道出口位置的煙氣實施多點取樣操作，并于風(fēng)管中加設(shè)管段，再將NH3分析儀安裝在其中。此類方式的主要優(yōu)勢在于，取樣具有的可靠性較高，相對測量值的準(zhǔn)確度也相對較高；弊端為促使取樣風(fēng)機(jī)基于粉塵較多、溫度較高的環(huán)境下進(jìn)行連續(xù)性工作，將會大幅度縮短其實際的使用壽命，且會導(dǎo)致其用電負(fù)荷增加。
3.2.1.3氮氧化物的測量
鍋爐煙氣中具有的一氧化氮量高達(dá)百分之95。其中，CEMS系統(tǒng)可利用催化劑，促使經(jīng)過預(yù)處理以后的煙氣中存在的二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮，使得儀表所測量的為煙氣中一氧化氮的總濃度。其中，應(yīng)重點注意的為，相應(yīng)規(guī)定內(nèi)容中指出，應(yīng)利用二氧化氮表示氮氧化物的濃度，因此，使用上述方式進(jìn)行的測量，需要對所得出的結(jié)果實施二次轉(zhuǎn)換。此外，針對個別并未實施二氧化氮催化以及轉(zhuǎn)換的項目，也可以采用折算的方法實施具體計算。且現(xiàn)如今，相應(yīng)的環(huán)保規(guī)范中也并未對二氧化氮的催化以及轉(zhuǎn)換進(jìn)行明確規(guī)定。
3.2.1.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
我國現(xiàn)下各地方區(qū)域的環(huán)保單位并未對脫硝裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及分析儀設(shè)置進(jìn)行明確規(guī)定。并據(jù)有關(guān)規(guī)范指出，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是CEMS系統(tǒng)中較為主要的構(gòu)成部分之一，但由于脫硝系統(tǒng)并未存在于熱電廠的尾端，因此，基于某種意義上而言，安裝于煙囪上的分析儀才是正常的鍋爐 CEMS。從對現(xiàn)如今工程設(shè)計的分析來講，一般會依照單元機(jī)組，對脫硝煙氣分析以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，并優(yōu)先留出可以與當(dāng)?shù)丨h(huán)保進(jìn)行連接的接口，有助于后期脫硝電價的開展。
3.2.2 其他檢測項目
對鍋爐的內(nèi)部含氧量以及一氧化碳濃度進(jìn)行測量，有助于實施更為優(yōu)良的燃燒控制操作。對除塵器出口處的煙塵實施測量，有助于對設(shè)備的除塵性能以及效果進(jìn)行檢驗，并可以對FGD入口處的煙塵測量參數(shù)加以有效應(yīng)用。針對二氧化碳以及汞而言，我國現(xiàn)如今出臺的環(huán)保法規(guī)中并未對相應(yīng)的連續(xù)排放監(jiān)測操作做出明確規(guī)定，但基礎(chǔ)的研究以及試點工作已經(jīng)處于陸續(xù)開展的過程中。
4 結(jié)束語
綜上所述，為了有效降低現(xiàn)如今存在的多種環(huán)境污染問題對于我國的工業(yè)化發(fā)展產(chǎn)生的不良影響，對煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)實施有效的分析至關(guān)重要，有利于大幅度降低火電廠煙塵排放造成的諸多不良影響，因此，在具體應(yīng)用CEMS系統(tǒng)時，需要注重積累經(jīng)驗，進(jìn)而促使系統(tǒng)的設(shè)計以及應(yīng)用質(zhì)量提升，有助于更充分的發(fā)揮出CEMS系統(tǒng)的實效性。
原標(biāo)題：【技術(shù)匯】CEMS系統(tǒng)在火電廠應(yīng)用和工程設(shè)計分析