超低排放CEMS數(shù)據(jù)測量研究

超低排放CEMS數(shù)據(jù)測量研究摘要：超低排放改造后，CEMS氣態(tài)污染物監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測低濃度S02、NOx、顆粒物，低溫、高壓、高濕度、低濃度的煙氣條件是極為嚴峻的挑戰(zhàn)，對原有CEMS預處理系統(tǒng)中分析儀、采樣探頭等升級，加裝Nafion滲透管、高溫加熱探桿、加注磷酸等，對SO2易溶于冷凝水造成測量數(shù)據(jù)偏小，這種在原有系統(tǒng)上的改造冷干直抽法對火電廠超低排放CEMS的改造起到借鑒作用。關鍵詞：Nafion滲透管；冷干直抽法；分析儀；注磷酸法前言#3、#4機組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司制造，鍋爐形式為亞臨界參數(shù)“”型布置的汽包爐，采用控制循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒方式、燃燒器擺動調溫、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結構、露天布置燃煤鍋爐。3、4號爐SCR脫硝裝置工程由福建龍凈環(huán)保股份有限公司改造，催化劑層數(shù)由原來的2＋1模式改為3+1模式布置，初裝3層預留1層（預留備用層在下），但載荷必須按4層催化劑全部裝滿的載荷量設計。同時設置脫硝煙氣旁路系統(tǒng)。重新對3、4號爐氨噴射系統(tǒng)進行改造，由原來的渦流式改為格柵式氨噴射裝置。吸收塔增加湍流層加噴淋層改造，吸收塔四層噴淋層改為高效噴淋層，在FGD裝置后加裝濕式電除塵器，改造后大氣污染物排放濃度達到排放限值，即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50mg/Nm3。對環(huán)保設施穩(wěn)定運行的要求越來越高，在目前燃煤電廠現(xiàn)使用的CEMS系統(tǒng)，90%以上均為冷干直抽法CEMS，如何利用現(xiàn)存的冷干直抽法CEMS，通過改造適用于“超低排放”的在線檢測，從CEMS系統(tǒng)穩(wěn)定性、成本、系統(tǒng)推廣性等方面考慮，是一個非常值得研究的課題，具有非常大的經濟和社會效益，本文針對對CEMS預處理系統(tǒng)改造，使CEMS系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)更符合超低排放要求。CEMS在超低監(jiān)測中存在的問題冷干直抽法CEMS冷干直抽法CEMS預處理系統(tǒng)的重要目的就是除濕，由于吸收塔改造和濕式電除塵加裝，凈煙氣含濕量一般在8?15%,溶解度最高的區(qū)域還是發(fā)生在0?5°C范圍，而3?5°C恰恰是冷凝器冷腔的溫度。在冷凝器冷腔內，45?50C的煙氣被快速降溫至3?5°C,大量冷凝水析出并通過蠕動泵排出，但是仍然不可避免的會發(fā)生低濃度SO2溶入冷凝水。經過試驗，SO2含量到35mg/Nm3以下時，煙氣中的水汽會對低量程紅外分析儀的檢測精度造成很大影響，部分SO2溶于水造成監(jiān)測數(shù)據(jù)偏低6-8mg/Nm3。分析儀CEMS中的氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)主要在線監(jiān)測氣態(tài)污染物SO2和NOx根據(jù)《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法》（76-2007）3.8條的要求，CEMS的量程設置為排放源最大濃度的1至2倍，CEMS的核心部件分析儀，目前國內大部分采用非分散紅外分析儀，以SIEMENS品牌ULTRAMAT23分析儀為例，如圖1所示，利用S02在紅外區(qū)7.3m（7300nm）附近的紅外吸收量的變化，連續(xù)測定煙氣中SO2的濃度；利用NO對5.3m附近的紅外吸收量的變化，連續(xù)測定煙氣中NO的濃度。NO2通過還原轉換器轉換成NO再測量。SO2、NOx分析儀量程設置都在2000及以上，分析儀測量精度的等級不夠，誤差大，測量檢測下限偏高，超低改造后原有分析儀不滿足測量精確度要求。創(chuàng)新CEMS預處理系統(tǒng)冷干法抽取式CEMS預處理系統(tǒng)包括取樣探頭、電伴熱管線、過濾、制冷除濕系統(tǒng)、取樣泵等設備，采用壓縮機制冷，為了減少煙氣中S02等氣體溶于水造成的損失，綜合考慮超低排放煙氣工況，更換高精度分析儀，CEMS預處理改造融入了滲透除水新技術，在制冷系統(tǒng)前端注入10%磷酸溶液，保證預處理系統(tǒng)的損失率最低。如圖2所示預處理系統(tǒng)簡圖。將傳統(tǒng)采樣探桿改為小口徑加熱型采樣探桿，減少采樣過程中產生水分；加裝Nafion滲透干燥管，將煙氣中的水分始終保持在氣態(tài)狀態(tài)下，使用分子滲透遷移技術將煙氣中的水分去除的除水方式，整個過程中S02等其他被測氣體無損失；CEMS預處理系統(tǒng)中配置調節(jié)采樣流量的快速旁路，減少管路吸附，縮短系統(tǒng)滯后時間；預處理系統(tǒng)配置全系統(tǒng)校正回路，可在線進行全系統(tǒng)誤差校正。圖1ULTRAMAT23分析儀測量原理加注磷酸法，源自德國的煙氣在線監(jiān)測預處理系統(tǒng)，適用NO小于1000mg/Nm3及S02小于900mg/Nm3范圍內S02在冷凝水中的溶解問題，通過磷酸在水中電離出的H+離子，阻止二氧化硫和誰生成H2SO3的反應，保證盡量少的SO2溶于冷凝水中。圖2預處理系統(tǒng)簡圖3.1煙氣采樣探頭煙氣采樣探頭的作用是將煙道中煙氣取出并輸送到預處理系統(tǒng)。不發(fā)生塵埃堵塞和形成酸霧。采樣探頭應具有采樣、過濾、加熱、反吹等功能，探頭濾芯材質采用鎳鈦合金材料，過濾精度V5ym。采樣箱內置儲氣罐（5L），采用壓縮空氣吹掃方式對濾芯進行自動吹掃，提高反吹氣壓力。采樣探桿整體加熱到120-160C，防止產生冷凝水，加熱單元具有自動溫控，具有溫度失控報警功能。如圖3、圖4。圖3加熱型采樣探桿圖4煙氣采樣箱3.2滲透干燥管滲透除水裝置（圖5）核心就是采用Nafion干燥管，通過滲透除水技術代替常規(guī)的壓縮機冷凝除水系統(tǒng)，將煙氣中的水分始終保持在氣態(tài)狀態(tài)下，使用分子滲透遷移技術將樣氣中的水分去除的除水方式，整個過程中S02、NOx和02等被測氣體無損失。確保分析的精度和準確性。Nafion滲透管是聚四氟乙烯（Teflon?）和全氟-3,6-二環(huán)氧-4-甲基-7-癸烯-硫酸的共聚物。Nafion管中氣態(tài)水的遷移是以其對磺酸基的化學親和力為基礎的，由于磺酸基具有很高的親水性，所以Nafion管壁吸收的水份，會從一個磺酸基向另一個磺酸基傳遞，直到最終到達另外一側的管壁，而水份全部蒸發(fā)到干燥的反吹氣中被帶走，Nafion管除濕的驅動力是管內外的水汽壓力梯度（即濕度差），而非壓力差或溫度差。因為即使Nafion管內壓力低于其周圍的壓力，Nafion管照樣能對氣體進行干燥。只要管內外濕度差存在，水蒸氣的遷移就始終進行，因此需要干燥、潔凈、連續(xù)的反吹氣（壓縮空氣）在Nafion管的另一側反吹。通常反吹氣流量為濕煙氣流速的兩倍。圖5滲透除水裝置四結束語隨著超低排放的實施，CEMS煙塵設備選型決定了投產后運行的準確性和可靠性。針對目前國內電廠具有低溫、高濕以及低塵的特點，國內使用最多的冷干直抽法CEMS，對其進行改造或升級，以滿足“超低排放”的限值要求，是一項非常具有經濟效益和社會效