烟气排放连续监测系统在超低排放中的设计探讨

摘 要：主要介绍烟气排放连续监测系统（简称CEMS）在超低排放中的应用，其内容包括CEMS的监测项目、系统构成、监测方法及设计选型等，针对新的环保要求，提出CEMS的一些设计思路。

关键词：超低排放；CEMS监测；设计

引言

近年来，我国雾霾天气频发，大气污染物排放形式日趋严峻。同时，相关环保政策明确新建、在建火电机组必须采用烟气清洁排放技术，达到燃气轮机组排放标准要求（烟尘<5mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，NOX<50mg/Nm3）。随着环保要求的升级，也对烟气连续监测系统的测量精确度提过了更高的要求。本文以浙江省某300MW火电厂超低排放后烟囱入口烟气的监测系统为例。

1 CEMS概述

火电厂烟气排放连续监测系统（continuous emissions monitoring system，CEMS）是指對燃煤电厂烟气排放的气态污染物（SO2、NOX）和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置。CEMS主要由气态污染物监测系统、颗粒物监测系统、烟气参数监测系统和数据采集处理与通讯子系统组成。气态污染物监测子系统主要用于监测气态污染物SO2、NOX等的浓度和排放总量；颗粒物监测子系统主要用来监测烟尘的浓度和排放总量；烟气参数监测子系统主要用来测量烟气流速、烟气温度、烟气压力、烟气含氧量、烟气湿度等；数据采集处理与通讯子系统甲酸污染物浓度和排放量，并将信息实时传输到主管部门。

2 CEMS监测方法

2.1 取样方法

目前国内外烟气取样方法有直接抽取法和稀释法两种。

直接抽取法是通过取样管抽取烟气，取样时通过伴热管对烟气进行保温，使其不结露，并经冷凝器除湿后送至分析仪。

稀释取样法是烟气通过前端填有滤料的“恒流稀释探头”和导气管，经纯净空气稀释的烟气进入分析仪进行测量。

2.2 颗粒物监测方法

光散射法和浊度法均适用于烟尘连续监测。

光散射法是指烟气中的烟尘与激光光束发生作用，使部分光发生散射，通过测量散射光强测量烟尘的浓度。

浊度法是采用光束穿透气流的原理，通过测量光强的强弱程度取得烟尘的浓度值。

2.3 气态污染物监测方法

紫外荧光法和非分散红外吸收法适用于SO2监测，化学发光法和非分散红外吸收法适用于NOX监测。

紫外荧光法原理：烟气在某个波长的紫外光照射下，其中的SO2分子吸收紫外光产生能级跃迁，从基态变为激发态，激发态SO2不稳定，返回低能量状态的过程中发射出特定的荧光，该荧光与烟气中SO2的浓度成正比，通过测量荧光强度，即可得到SO2的浓度值。

化学发光法原理；烟气中的NO与臭氧反应生成激发态的NO2，其返回基态时放出特定的光，该光的强度与烟气中的NO浓度成正比，测量发光强度即可得到NO浓度；同时，烟气中的NO2通过钼催化技术转化为NO与臭氧反应，测量光强即可得到NOX总浓度值。

非分散红外吸收法是指红外光源发出的红外辐射经过一定浓度待测的气体吸收之后，与气体浓度成正比的光谱强度会发生变化，通过测量光谱强度的变化量得到气体的浓度。

3 CEMS设计方案

3.1 原CEMS系统

原CEMS系统采用直接抽取法，烟气先经过采样探头内的初级过滤器对烟气中的粉尘进行过滤，然后通过已加热至150℃的探头和伴热管线，经过冷凝器二级冷凝除湿，最后进入烟气分析仪。烟气分析仪采用非分散红外法对SO2、NOX进行分析测量。由于原CEMS在湿法脱硫后，烟气中含水量较大，影响颗粒物的测量。故颗粒物采样系统安装在脱硫装置之前，通过参比方法取得脱硫出口的颗粒物浓度。原CEMS装置如表1。

3.2 CEMS选型

随着环保要求的升级，烟囱入口SO2、NOX和烟尘浓度较低，对烟气分析仪的精度、灵敏度要求更高。对于SO2分析，紫外荧光法的灵敏度比非分散红外法要高几个数量级，常用于大气微量监测，故超低改造后的SO2采用紫外荧光法检测。对于NOX分析法，化学发光法线性范围宽，特别在低浓度和微量检测中应用较多，故NOX采用化学发光法检测。对于分析烟尘，超低排放改造后增加了管式GGH，将进入烟囱的烟气加热至露点以上，排除了含水量较大对烟尘测量的影响，可在烟囱入口增加烟尘测量装置。烟尘测量的光散射法安装容易，灵敏度高，测量范围广，故选择光散射法进行烟尘检测。对于取样方法，考虑到直接抽取法会因为烟气中的水汽凝结造成溶解性污染物的成分损失，故选择稀释法进行取样。由于稀释法取样为湿法测量，需增加湿度测量进行测量结果修正，故需增加湿度测量仪。同时，采用氧化锆方法测量氧量。新CEMS装置如表2。

4 投运效果

新CEMS投运后，运行稳定，特别是在低浓度测量时，消除了测量不准确、数值晃动大的现象。通过第三方检测机构对CEMS测量结果比对显示，测量结果满足超低排放的要求。

5 结束语

新CEMS运行后测量准确，系统稳定，满足超低排放后烟气在线监测及环保局的要求。随着CEMS技术的法发展，CEMS在测量原理、构成和特点方面也将不断进步，更能适应超低排放后在线监测的要求，也将为改善空气质量做出更大的贡献。

参考文献

[1]HJ/75-2007.固定污染源烟气排放连续精测技术规范[S].

[2]朱卫东，刘伟，王军等.火电厂烟气连续排放自动监测系统[J].自动化仪表，2003，24（5）：5-9.

作者简介：戴尚访（1989-），男，浙江台州人，助理工程师，研究方向：火力发电机组脱硫、脱硝、超低排放调试及相关技术研究。