超低排放机组烟气排放连续监测系统技术分析

超低排放机组烟气排放连续监测系统技术分析　任清洁　，　陈光　，　张冉２，徐克涛２　（１．华电陕西能源有限公司，陕西西安７１００００；２．华电电力科学研究院，浙江杭州３１００３０）　摘要：燃煤机组超低排放改造后，原有烟气排放连续监测系统（ＣＥＭＳ）技术要求及检测方法已不足　以满足监测的需求，因此需要准确性、可靠性和稳定性更高的ＣＥＭＳ设备来满足现阶段超低排放机组烟　气自动监测的要求。分析当前气态污染物ＣＥＭＳ存在主要问题，研究超低排放机组气态污染物ＣＥＭＳ技术　现状，并对比分析气态污染物ＣＥＭＳ监测方法，最后提出适合超低排放机组的气态污染物监测技术路线。　关键词：ＣＥＭＳ；超低排放；　气态污染物；　直接抽取；稀释抽取　ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳ　Ｎ＿２０９５—３４２９．２０１６．０６．００４　中图分类号：Ｘ８４　文献标识码：Ｂ　文章编号：２０９５－３４２９（２０１　６）０６－００１　６－０３　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｒｏｍ　Ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｕｎｉｔｓ　ＲＥＮ　Ｑｉｎｇ－ｊｉｅ　，ＣＨＥＮ　Ｇｕａｎｇ２，ＺＨＡＮＧ　Ｒａｎ　，ＸＵ　Ｋｅ－ｔａｏ　（Ｊ．Ｃｈｉｎａ　Ｈｕａｄｉａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｘｉ’ｍ　７１００００，Ｃｈｉｎｏ；２．Ｈｕａｄｉａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ　ｅｍｉｓ　ｓｉｏｎ　ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏａｌ—ｆｉｒｅｄ　ｕｎｉｔｓ，ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ＣＥＭＳ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｎｏｔ　ｅｎｏｕｇｈ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｓｏ　ＣＥＭＳ　ｏｆ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｃｃｕｒａｃｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｉｓ　ｒｅ－　ｑｕｉｒｅｄ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｕｎｉｔ　ｌｆｕｅ　ｇａｓ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｐｒｏｂ－　ｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｇａｓｅｏｕｓ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ＣＥＭＳ，ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇａｓｅｏｕｓ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ＣＥＭＳ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｕｎｉｔｓ，ｃｏｎｔｒａｓｔｅｄ　ａｎｄ　ｎａｌａｙｓｅｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｇａｓｅｏｕｓ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ＣＥＭＳ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｉｆｎａｌｌｙ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｕｉｔ—　ａｂｌｅ　ｇａｓｅｏｕｓ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｒｏｕｔｅ　ｆｏｒ　ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｕｎｉｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ＣＥＭＳ；　ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ；　ｇａｓｅｏｕｓ　ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ；ｄｉｒｅｃｔ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｄｉｌｕｔｉｏｎ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　０引言　烟气排放连续监测系统（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，以下简称ＣＥＭＳ）是指对大气污染　源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量　ＣＥＭＳ本身技术而言，我国所掌握的ＣＥＭＳ技术并不　逊色于国外，但就技术的使用细节而言，与欧美还有一　定差距【”。　燃煤机组超低排放改造后，原有ＣＥＭＳ技术要求　及检测方法已不足以满足监测的需求，新的规范要求　正在修订中。在此过程中，国家相关部门以及地方政府　连续监测装置，是环保监管的重要手段，尤其是在国　家“十一五”、“十二五”总量减排过程中，发挥了巨大　的作用。但随着超低排放的实施，大气污染物排放现　状ＣＥＭＳ的准确性、稳定性提出了新的要求。仅就　也相继出台了有关超低排放监测设施的要求或指导性　意见，因此需要准确性、可靠性和稳定性更高的ＣＥＭＳ　作者简介：　任清洁（１９７０一），男，陕西洋县人，硕士研究生，工程师，主要从事电力企业环保管理方面的工作。　・６　ｌ　总Ｎ。第．６。／２０　：１期６第　卷　设备来满足现阶段超低排放机组烟气自动监测的要　求。本文研究气态污染物ＣＥＭＳ的技术现状，并旨在提　出适合超低排放机组气态污染物的监测路线。　２．１．１．２稀释抽取式　稀释采样法嘲是在直接抽取的基础上，用纯净的干　空气将烟气稀释至可以直接测量的干烟气进入分析　仪。采样时由于对烟气进行了大比例的稀释，降低了气　体露点，消除了烟气中水分对测量结果的影响，无须加　热和保温，大大减少了维护量，且大比例的精确稀释样　气，使样气长距离传输变的简单方便，并且不改变样烟　气的任何成份，测量准确度高。　２．１．２气态污染物ＣＥＭＳ原理一按分析系统划分　１　气态污染物ＣＥＭＳ系统构成　气态污染物ＣＥＭＳ一般由气态污染物监测子系　统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系　统组成［２１。气态污染物监测子系统主要用于监测气态污　染物ＳＯ　、ＮＯｘ等的浓度和排放总量；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，用于排放总量的计算和相关浓　度的折算；数据采集处理与通讯子系统由数据采集器　２．１．２．１红外吸收法　红外吸收法主要采用“非分散性红外线技术”　和计算机系统构成，实时采集各项参数，实现数据的记　录、上传等工作。　（ＮＤＩＲ），是一种基于气体吸收理论的方法。红外光源　发出的红外辐射经过一定浓度的待测气体，这些气体　分子对特定波长的红外光有吸收，其吸收关系服从朗　伯一比尔（Ｌａｍｂｅｒｔ—Ｂｅｅｒ）吸收定律，因此求出光谱光　强的变化量就可以计算出待测气体的浓度。红外吸收　法ＣＥＭＳ是目前市场上的主流。　２．１．２．２紫外吸收法　２超低排放机组气态污染物ＣＥＭＳ技术现状　随着燃煤机组超低排放实施，传统在线监测方法　已不能满足低浓度污染物排放监测的需求，为了适应　紫外吸收法是利用不同气体在紫外辐射范围的吸　收特性。紫外光源发出的紫外光汇聚进入光纤，通过光　污染源排放要求的变化，国内外的相关研究机构及设　备厂家针对超低排放形势下的气态污染物ＣＥＭＳ进行　了技术优化和革新，目前的低浓度ＣＥＭＳ已能够满足　超低排放的监测需要。下面对国内外主流的气态污染　物在线监测技术进行比较分析。　２．１　超低排放机组气态污染物ＣＥＭＳ技术现状　超低排放低浓度气态污染物ＣＥＭＳ测量方法较　纤传输到检测室，穿过被测气体经吸收后，通过光纤传　输到光谱仪。在光谱仪内部经过光栅分光，由阵列传感　器将分光后的光信号转换成电信号，然后在转换成气　体的吸收光谱信息，经比较谱线，计算样气的浓度。　２．１．２．３紫外荧光法（测ＳＯ　）　紫外荧光法是基于分子发射光谱法，该方法一般　仅用于测量ＳＯ　，采用ｚｎ灯照射在ＳＯ　气体分子上，　让它成为激发态的ＳＯ　；当激发态的ＳＯ：分子返回到　多，根据采样系统可分为直接抽取式和稀释抽取式，根　据分析方法可以分为红外吸收法、紫外吸收法、紫外荧　光法以及化学发光法等，具体分类如下：　２．１．１　气态污染物ＣＥＭＳ原理一按采样系统划分　基态时，就会发射出荧光光子，紫外荧光光强与ＳＯ　样　气的浓度成线性关系。　２．１．２．４化学发光法（测ＮＯｘ）　２．１．１．１直接抽取式　化学发光法一般用于测量ＮＯｘ，是利用化学反应　（１）冷干完全抽取式：冷干完全抽取法是较为传统　的烟气连续监测方法，由取样探头、伴热传输管线、样　气预处理、反吹扫、样气分析仪、仪表校准、程序控制等　部分组成。通过伴热传输管线将烟气抽取、经过采样探　头和过滤冷凝干燥装置除去烟气中的水分，进入分析　仪，该方法在烟气预处理阶段需采用除水性能优越的　产生的光能发射，氮氧化物等化合物吸收化学能后，被　激发到激发态，在由激发态返回至基态时，以光量子的　形式释放能量，通过测量化学发光强度对物质进行分　析测定，最广泛使用的是臭氧的发光反应，样气中的　ＮＯ与Ｏ，反应生成激发态的ＮＯ：，激发态的ＮＯ　通过　发射光子从而释放多余的能量回到低能态。通过光电　倍增管（ＰＭＴ）￣Ｊ定激发态的ＮＯ：返回低能态时发出的　光强度，检测出ＮＯ的浓度；通过电磁阀门转换气路，　膜渗透或其他脱水技术除去样气中的水分。　（２）高温红外法（热湿法）：高温红外法是基于热湿　法的气体分析系统，烟气从取样、传输、分析、排气的整　个过程始终保持１８０￣Ｃ以上的高温从而避免了烟气冷　凝造成的腐蚀及损失，适用于气体成分及气体特性复　杂的场合　。　使样气通过钼炉，样气中的ＮＯ　在高温下３１５℃与钼　（Ｍｏ）反应，还原为ＮＯ，并和样气中原有的ＮＯ一同进　入反应室与０，反应，从而测得样气中ＮＯｘ的浓度。该　反应有两个过程：第一步，单个ＮＯ与单个Ｏ，碰撞，发　总第１７２期第３７卷　Ｉ　７　Ｎ／２　０１　６期ｏ．６总第　第卷发电技术　生反应产生一个Ｏ：和一个ＮＯ：分子。在碰撞后，部分　抽取法＋非分散红外／紫外吸收法时，应配备除水性　能优越的脱水技术作为烟气预处理措施，防止ＳＯ　吸　附在管线中导致测量浓度降低。　在脱硫出口特别是湿式除尘（如有）后，采用稀释　抽取法时，ＳＯ：和ＮＯｘ的测量选用紫外荧光法和化学　发光法技术。　ＮＯ　保留一定数量的多余能量，因此处于激发态，ＮＯ：　分子的一个电子保留有比正常状态更高的能量。　２．１．３气态污染物ＣＥＭＳ检测方法对比分析　主要气态污染物ＣＥＭＳ优缺点对比分析见表１。　表１　气态污染物ＣＥＭＳ监测技术对比　３．３设备管理建议　直接抽取式　采样方法　——　稀释抽取法　冷干法完全抽取式　高温红外法（热湿法）　ＣＥＭＳ设备的日常运维极其重　测量范围　ＳＯ２　０－１ｏｏ　？　∞－５ｏ　加－２。。６　要，为提高ＣＥＭＳ设备运行的稳定性　与监测数据的有效性，各发电企业应　进一步加强ＣＥＭＳ管理，并建议大型　发电集团开展ＣＥＭＳ设备集团化采　购，集团化采购后可对备品备件统一　适用场合　、　。．，　苎　竺　分　竺　适用于气体成分及气适用于气体成分及气体　但要求除　甚　藉　…　尘效果好的场合　………～…　…………　管理，要求供货商分区域储备备品备　技术特点　…　。　元自动温控，具有温度失备件少，维护量极低；了被测组分溶解的问　控报警功能；多为干基测适用于低浓度、高湿题；无系统简单，维护量　件，降低备品备件库存。　３．４其他相关建议　（１）ＣＥＭＳ应具备检测全部氮氧　化物浓度的能力，包括一氧化氮和二　路复杂；管线长，怕漏，仪响应慢，易受背景气反应较慢，怕漏；需要配　氧化氮。　（２）采用冷干法的ＣＥＭＳ，要求　付忻万　设备价格　测量原理　约４０—４５万元　分析法　约４５—６０万元　Ｎ０／Ｎ０　：化学发光法。　进入分析仪的样气露点在４￣Ｃ以下。　（３）ＣＥＭＳ应能够实现全系统校　准。　（４）稀释抽取法的气体稀释比稳　定；稀释抽取探头系统需要的稀释空　从上表可见，直接抽取式中的冷干法ＣＥＭＳ系统　为干基浓度测量，热湿法系统为湿基浓度测量，分析仪　多采用红外吸收、紫外吸收法原理测量；稀释抽取式　气必须是清洁的，无油的、没有颗粒物和被测气体，不　能引起明显的测量误差，必须配备完备的气体预处理　系统，主要包括气体的过滤、除水、除油、除烃以及除二　ＣＥＭＳ系统为湿基浓度测量，分析仪多采用紫外荧光　原理、化学发光原理测量。在气态污染物ＣＥＭＳ选型　上，以上采样及测量方法均满足现有超低排放的监测　要求。　氧化硫和氮氧化物等环节。　（５）氮氧化物在线监控设备若采用红外法检测，其　采样管和制冷剂对二氧化硫的损失不能超过８％；　（６）根据超低排放机组烟气污染物排放限值设定　ＣＥＭＳ量程，仪器量程建议为相应污染物排放限值的　１．５－２倍，以保障测量精度，减小测量误差。　３气态污染物监测建议　３－１设备选型建议　综合考虑设备价格、运行维护费用、人员培训等因　素，可优先考虑直接抽取式＋红外吸收法的气态污染　物ＣＥＭＳ。　３．２技术路线建议　４结语　由于传统在线监测方法已不能满足超低排放机组　污染物排放在线监测的需求，而目前市场上低浓度气　态污染物ＣＥＭＳ测量方法较多，因此本文对超低排放　机组气态污染物ＣＥＭＳ原理进行对比分析，并在设备　选型、监测技术路线、设备管理等发面提出适合超低排　（下转第１５页）　在脱硫出口特别是湿式除尘（如有）后，采用直接　８　Ｉ总Ｎ。第．６。／２０　第　卷　目单位千瓦静态投资降低，同时后期单位千瓦运维成　本也降低，能够提高项目的收益率。　因此建议在进行前期项目选址时尽量考虑装机容　量１ＭＷｐ以上（混凝土屋面总面积在１．２万Ｉｎ　以上、　综上所述，虽然分布式光伏电站存在一系列潜在　的风险问题，但通过有效的合作模式和管理模式，均可　以将潜在的风险降低，甚至消除各类风险，从而保障分　布式光伏电站稳定、经济运行。　５结语　根据对江苏地区光伏市场的分析，整体自然资源　丰厚，同时政策支持有力，光伏发展前景广阔。同时随　着光伏系统设备价格的逐步下调，更有利于江苏地区　光伏项目的开展。　彩钢瓦屋面总面积１万ｉｎ　以上）的企业，提高单个项　目的收益率。　４江苏光伏市场发展风险防范及措施　４．１政策方面　光伏电站项目属于新能源项目，在推进建设过程　中还存在着一定的发展障碍，尤其分布式光伏电站项　目，需要通过不断完善鼓励政策，保障分布式光伏电站　项目快速、有序地的开发，促进分布式光伏电站所发电　力及时消纳，尽量避免光伏电站“弃光”现象的发生。　同时需要对新出台相关政策及时进行分析，预测　通过采用光伏集控中心智能化运营、做好规划工　作、完善前期工作规范流程、建设智能化管理平台等方　式进一步促进江苏地区光伏市场的发展。　针对光伏发展中出现的各类风险，通过政策分析　以及预测、优化设计采购、施工等环节以及合理的前期　规划等方式来降低。　参考文献：　［１］马胜红．我国光伏产业分析和发展建议［Ｊ１．市场分析与预测，２００４，　现阶段及下一阶段对分布式光伏工作开展的影响，然　后提出相应应对措施。　４。２工程技术方面　ｒ１　０１：１－１１．　为了有效规避光伏电站设计、施工和设备采购风　险，需要做好设计单位和施工单位的筛选工作。光伏电　站设计运行周期为２５ａ，存在项目选址不当导致实际　运行周期达不到设计运行周期的风险，因此在光伏电　站项目前期需要做好选址工作。　４。３市场方面　［２］王乾坤，蒋莉萍，李琼慧．我国发展光伏发电存在的问题面临的形势及　建议［Ｊ］．能源技术经济，２０１　１，２３（１０）：１５—１８．　［３］袁巧．光伏产业发展趋势与中国光伏产能发展建议『Ｊ】．城市发展理　论，２０１４，（４６）：４７—５２．　［４］马胜红，赵玉文，王思成，等．制定阶梯电价促进我国光伏发电发展的　建议［Ｊ】．中国能源，２００４，２６（１１）：３１—３４．　［５］谢旭轩，高虎．当前制约我国分布式光伏发展的问题调研及建议［Ｊ］．资　源环境，２０１５，（４）：４６—４９．　［６】陈隆建．江西光伏产业发展分析与对策建议ＩＪ】．求实，２０１　１，（６）：６６—６９．　分布式光伏处于起步发展阶段，市场前景广阔。但　由于屋顶面积大小、企业用电负荷高低不同，可开发利　用的程度也不相同，所以在投资建设分布式光伏发电　项目之前，需对项目所在地的屋顶资源进行详细分析，　【７】章激扬，李达，杨苹，等．光伏发电发展趋势分析ｆＪ１＿可再生能源，　２０１４，３２（２）：１２７—１３２．　【８】王玉刚，王云红．山东太阳能光伏产业发展现状及对策建议［Ｊ］．科学与　管理，２０１２，（４１：７４—７７．　精确把握资源条件。同时在前期需要考虑厂房改造和　拆除，企业生产经营不稳定或转让，电费收取难等问　题。　［９］李雷，杨春．我国光伏产业现状与可持续发展策略研究ｌＪ１．中外能源，　２ｏ１２，１７（４）：２８－３７．　收稿日期：２０１６－０５－２６　修回日期：２０１６－１０－３１　（上接第１８页）　放机组气态污染物监测的建议，各企业应结合自身隋　况，选择适当的污染物排放在线监测方法。　参考文献：　［１］１杨凯，周刚，王强，等．烟尘烟气连续自动监测系统技术现状和发展趋　势［Ｊ］．中国环境监测，２０１０，２６（５）：１８－２６．　［２］张良，张玮，曹亚明，等．ＣＥＭＳ烟气在线监测系统的组成与维护［Ａ］．中　国环境科学学会２０１０年学术年会论文集［ｃ］．上海：中国环境科学学会，　２Ｏ１０：３４０２－３４０５．　［３］苏静，吴海平，王金奇．ＣＥＭＳ烟气在线连续监测系统常见问题的探讨　【ＪＪ．污染防治技术，２０１　１，２４（３）：７３—７５．　『４］常虹．烟气排放连续监测系统的分析与改进［Ｄ］．保定：华北电力大学，　２０１１．　［５］李琦．稀释法烟气ＣＥＭＳ在线监测系统［Ｊ】．自动化应用，２０１３，（１１）：　２６－２８．　收稿日期：２０１６－１０－０８　修回日期：２０１６－１１－２４　总第ｌ７２期第３７卷Ｉ＿　５　Ｊ　Ｎ￣０　１６期ｏ．６总第。　第，卷