提高热电锅炉CEMS精确度的实践

陈红果

（攀钢集团攀枝花钢钒有限公司能源动力分公司，四川攀枝花 617000）

前言

十八大以来国家出台和修订一系列生态环境保护方针政策、法规标准，扎实推进生态文明建设。而环境监测则是生态文明建设大厦的根基，其中，环境监测数据是国家制定生态环境方针、政策的重要参考，也是政府部门实施生态环境监管的有效依据，更是企业落实主体责任的重要体现，是生态环境保护工作的生命线。《固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）和固定污染源烟气（SO2、NOx、颗粒物）排放连续监测技术要求及检测方法》（HJ76-2017）的出台进一步规范了在线监测设备的技术参数要求，对环境监测数据提了“真”“准”“全”的要求，即真实、精准、全面，同时排污许可制的实施倒逼企业进一步强化环境保护工作，提升污染物治理水平、保障环保设施稳定运行、污染物达标排放，自证合规。因此企业做好污染源自行监测工作，保障自行监测设施稳定运行、精确测量，在环保工作中显得尤为重要。

1 运行现状

能源动力分公司热电站有4 台煤粉、煤气混烧锅炉，锅炉外排口属环保重点监控点位，要求外排污染物在线监测，数据实时上传国控环保监管平台。主要监测因子包括二氧化硫、氮氧化物、烟尘、流量、温度、压力、氧含量等。见图1。2018 年3 月1日起执行，新规范对烟气排放连续监测系统运行的要求更高，导致原监测系统分析仪量程不匹配问题凸显。为此，对影响CEMS 系统日常稳定运行的故障、问题进行分析研究，落实解决措施，并结合工艺及排放指标按照新规对CEMS系统实施升级改造。

图1 热电站锅炉CEMS系统示意图

2 热电站锅炉CEMS系统运行存在的主要问题及对策

2.1 管路、设备异常

（1）长时间连续运行和管路老化，监测系统一级过滤器和伴热管弯折处易形成湿烟尘堆积堵塞，造成气路不畅，致使二氧化硫、氮氧化物和氧含量测量值变化缓慢，出现二氧化硫、氮氧化物实测值失真和恒值数据异常。

式中：Y——实际烟气状况下颗粒物断面浓度平均值，mg/m3；

YS——标准状况干烟气下颗粒物断面浓度平均值，mg/m3；

t——测定断面平均烟温，℃；

Ba——测定期间的大气压，Pa；

Ps——测定断面烟气静压，Pa；

XSW——测定断面烟气含湿量，%。［1］

（2）颗粒物分析仪或烟气分析仪镜面污损，造成颗粒物、二氧化硫、氮氧化物实测值异常。

（3）颗粒物分析仪或烟气分析仪出现零点或量程漂移，造成颗粒物、二氧化硫、氮氧化物实测值失真。

（4）氮氧化物转换炉长期在高温介质中运行，管道内易产生颗粒物堆积凝结，可能造成二氧化硫、氮氧化物实测值失真。

（5）烟气湿度过大，管路中易形成冷凝液，影响取样气路通畅；同时冷凝液会造成烟气中二氧化硫水溶，导致二氧化硫实测值异常偏低。

2.2 氧含量异常导致颗粒物、二氧化硫、氮氧化物折算值异常超标

判断锅炉外排污染物达标与否为污染物折算值浓度（即基准氧含量排放浓度），折算值浓度也是作为超标排放执法的依据，热电站锅炉基准氧含量为6%，正常运行中实测氧含量为4%～6%，［2］锅炉外排污染物实测浓度与折算值浓度关系［3］如下。

式中：ρ——大气污染物基准氧含量排放浓度，mg/m3；

ρ′——实测的大气污染物排放浓度，mg/m3；

φ′(Q2)——实测的氧含量，%；

φ(Q2)——基准氧含量，%。

在外排污染物实测浓度为定量的情况下，实测氧含量监测的准确性直接影响污染物折算浓度结果。CEMS 在运行中氧含量监测异常情况主要有以下几点。

（1）外部因素造成氧含量监测异常。氧含量监测仪及管路安装在烟道和监测平台，平台、烟道钢结构连接加之送吸风机运转振动传播影响，导致检测仪及管路接头经常出现松动漏气现象，空气进入取样管路系统使监测氧含量升高。

（2）冷凝器和湿度电极运行异常触发联锁保护，自动停止抽气泵运行，造成分析仪至伴热管、烟道间形成负压状态，空气通过分析仪排气口吸入气室内，造成氧含量升高。

（3）液位检测开关故障造成排液泵频繁启动排液，由于没有冷凝水排出，造成空气通过排液管路进入到测量管路，造成氧含量升高。

（4）氧量测量传感器受潮或零点漂移，也会造成氧含量测量数据异常，从而影响颗粒物、二氧化硫、氮氧化物折算值异常。

2.3 外排指标达标管控

（1）锅炉使用煤气作为燃料，前端来源煤气质量状况将直接影响外排烟气指标。为确保污染物稳定达标，CEMS 系统监测数据同步上传环保平台的同时也接入锅炉工艺控制室，工艺人员根据实时指标状况进行工艺调节。原传输至控制室DCS 系统的外排污染物指标为标况值，不能真实反映锅炉外排烟气的指标，影响工艺操作控制外排指标达标的精准度，同时可能导致外排烟气折算值超标，存在环保风险。

（2）CEMS 系统监测数据通过数采仪上传至国家环保平台，国家标准要求CEMS 系统监测数据与环保平台数据误差不得大于1%，原CEMS 系统监测数据传输至数采仪采用模拟量信号，易受电磁干扰。

2.4 采取的对策措施

2.4.1 针对管路、设备异常

（1）定期反吹，注意检查气源压力，定期检查一级过滤芯，发现脏污及时清理或更换；

（2）定期检查颗粒物和气体分析仪反射镜面，及时清擦污垢；

（3）定期做好颗粒物和气体分析仪的零点校对及通标气校准；

（4）利用每次停炉对氮氧化物转换炉内部管路进行氮气吹扫清理；

（5）加强集水罐、管路和排水泵的检查，保证冷凝水及时排出，气路畅通。

2.4.2 针对氧含量异常

（1）加强运维巡检，定时检查管路、接头气密性，发现松动及时紧固，老化及时更换；

（2）注意观察冷凝器和湿度电极工作允许状态，发现异常及时处理，避免联锁保护误动作，确保冷凝器正常运行；

（3）定期检查、调整液位接近开关，保证正常排液；

（4）做好氧量测量传感器的通风散热工作，避免受潮或零点漂移。

2.4.3 针对外排指标达标管控

（1）将原传输至控制室DCS 系统的外排污染物指标由标况值改为折算值，方便工艺人员根据指标状况实时调整燃烧工况。

（2）将工控机输出到数采仪的信号由模拟量传输改为数字量传输，杜绝了信号干扰和衰减，增强抗干扰能力，提高了监测数据的传输准确率。

3 按照新规对CEMS系统实施升级改造

鉴于锅炉平台和站房监测设备的测量、传输模块均出现了不同程度老化及设备升级导致的不兼容问题，结合锅炉当前排放指标情况，按新规范要求对热电站锅炉CEMS 系统进行了升级改造和优化配置，重点更换了气体分析仪、烟尘仪、参数仪、伴热管、冷凝器等主体部件，通过软件的优化、升级和部件的更换，保证了CEMS 每套系统的完整性、兼容性和稳定性，提高了测量精度和准确度。见表1所列。

表1 锅炉固定污染源烟气排放连续监测系统改造（部件更换）表

4 完善在线监测设施量化管理

（1）按相关规范要求进行日常维护并做好巡检。

（2）每间站房独立供电并安装UPS 不间断电源，确保稳压不间断供电。

（3）安装温/湿度仪，控制CEMS 监测室的室内温度在20°C 左右，相对湿度在50%左右，确保冷凝器散热效果，为数据采集系统和CEMS 系统相关高精度电子元器件提供较好运行环境，增强CEMS 系统使用寿命。

（4）按HJ75-2017 中的规定定期对标准气体进行核查，结果符合要求并好标气更换记录。

（5）联网稳定度保证现场机在线率为90%以上。定期检查联网卡费用余额，保证费用充足。单台数据采集传输仪每日掉线次数在3 次以内，报文传输稳定性在99%以上；当出现报文错误或丢失时，启动纠错逻辑，重新发送报文。

（6）联网污染源自动监测设备的维修、更换，必须在24 h 内恢复设施正常运行；设施不能正常运行期间，采取人工监测的方式报送数据，烟气人工监测每天不少于4次、间隔不超过6 h。

5 结语

通过对能源动力分公司热电站锅炉CEMS 系统实施技术管理措施及升级改造，CEMS 系统月度设备运行率、监测数据传输率、有效率均大于99%，CEMS 监测数据与上传至DCS 中控系统数据、环保监控平台数据偏差小于1%，提高了环保监测设施本质化水平，具有显著的社会、经济效益。