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污染源排放在線監(jiān)測(cè)是政府環(huán)境保護(hù)部門(mén)控制污染物排放濃度和總量的最重要措施,是環(huán)境保護(hù)部門(mén)進(jìn)行環(huán)境管理的基礎(chǔ)和技術(shù)支持。污染源在線監(jiān)測(cè)是污染源排放實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控惟一可行的技術(shù)手段,其主要任務(wù)是及時(shí)、準(zhǔn)確地提供各種污染源排放的污染物總量和各種污染物排放濃度的時(shí)空分布數(shù)據(jù),為環(huán)境管理和環(huán)境執(zhí)法提供依據(jù),提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的效率,提升環(huán)保監(jiān)控的現(xiàn)代化水平,其重要性是不言而喻的,直接關(guān)系到“十二五”期間總量減排和污染防治工作開(kāi)展的效果。
1 煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)成分組成
煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(continuous emission monitoring system, CEMS)是由顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與傳輸子系統(tǒng)四部分組成。
其中顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要是對(duì)排放煙氣中的煙塵濃度進(jìn)行測(cè)量。氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要對(duì)排放煙氣中NOX、SO2、CO、CO2等氣態(tài)形式存在的污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè),目前我國(guó)火力發(fā)電廠主要對(duì)煙氣中的NOX、SO2、CO氣態(tài)形式存在的污染物進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)節(jié)。煙氣排放參數(shù)子系統(tǒng)主要對(duì)排放煙氣的溫度、壓力、流速等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)處理與傳輸子系統(tǒng)主要完成測(cè)量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)功能,并按照環(huán)保相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的格式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)境監(jiān)管部門(mén)。
2 CEMS分析儀表測(cè)量原理
下面主要針對(duì)火電廠重點(diǎn)監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)的環(huán)保參數(shù)涉及的系統(tǒng)進(jìn)行介紹,即顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)及氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。
2.1 顆粒物監(jiān)測(cè)原理
顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)從工作原理上可分為物理法和光學(xué)法,光學(xué)法又分為透射法、散射法。作為福建省投產(chǎn)的首臺(tái)百萬(wàn)機(jī)組神福鴻電采用的就是其中的光學(xué)散射法測(cè)量,所謂的光學(xué)散射法是利用煙氣中粉塵對(duì)入射光速的散射作用,被光束照射的顆粒物導(dǎo)致光速折射率變化而發(fā)生散射,向儀表內(nèi)設(shè)定方向散射的光被聚焦后經(jīng)煙塵儀監(jiān)測(cè)探頭檢測(cè),檢測(cè)信號(hào)與粉塵濃度有一定的函數(shù)關(guān)系,通過(guò)儀表內(nèi)部計(jì)算直接輸出粉塵濃度值。而后向散射法原理測(cè)量的粉塵儀由于現(xiàn)場(chǎng)安裝、維護(hù)方便的特點(diǎn),現(xiàn)已成為火電廠粉塵監(jiān)測(cè)采用的主要設(shè)備。
2.2 氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)原理
氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)方式主要有兩種,即直接測(cè)量法和抽取測(cè)量法,其中抽取采樣法又分為直接抽取法和稀釋抽取法。下面簡(jiǎn)單介紹三種方法測(cè)量原理:
1)直接測(cè)量?jī)x表主要由發(fā)射裝置和接收裝置兩部分組成,分別安裝在所測(cè)煙道統(tǒng)一截面位置,其原理是由發(fā)射裝置對(duì)準(zhǔn)煙道另一側(cè)接收裝置發(fā)出一束紅外或紫外線,由于氣態(tài)污染物的濃度與吸收光線的強(qiáng)度有一定的函數(shù)關(guān)系,因此通過(guò)光的強(qiáng)度可以間接反映出所測(cè)氣態(tài)污染物濃度。
2)直接抽取法主要由帶有加熱器的取樣探頭、具有伴熱功能的煙氣取樣管路、煙氣預(yù)處理系統(tǒng)裝置、樣氣分析儀、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)組成。煙氣通過(guò)煙道內(nèi)取樣管進(jìn)入加熱取樣探頭,再經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾掉其中粉塵后進(jìn)入具有伴熱功能的取樣管路內(nèi),送到預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行加熱處理避免煙氣中帶水影響分析儀測(cè)量。
3)稀釋抽取法采樣系統(tǒng)是由稀釋探頭、稀釋探頭控制器、空氣發(fā)生器、分析儀器、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)等組成。其測(cè)量原理采用一定量的經(jīng)過(guò)處理的干燥空氣稀釋煙氣,經(jīng)稀釋器稀釋的煙氣中水分含量極度降低,因此無(wú)需伴熱樣氣管線傳送,可直接送分析儀器進(jìn)行氣態(tài)污染物濃度分析。
2.3 三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較
直接測(cè)量法特點(diǎn)顧名思義就是可以直接測(cè)量,安裝設(shè)備簡(jiǎn)單,成本低廉。但是煙氣溫度變化和取樣探頭的振動(dòng)幅度都會(huì)對(duì)污染物濃度測(cè)量精度產(chǎn)生影響,故目前新建火電廠都不采納直接測(cè)量法測(cè)量。
直接抽取法測(cè)量特點(diǎn)是將樣氣抽取出來(lái)然后經(jīng)過(guò)加熱預(yù)處理再送到儀表進(jìn)行分析,避免了煙氣溫度變化和探頭振動(dòng)對(duì)樣氣分析的影響。但是其安裝相對(duì)于直接測(cè)量法較復(fù)雜,成本費(fèi)較高。
稀釋抽取法測(cè)量特點(diǎn)是樣氣取樣量小,過(guò)濾介質(zhì)負(fù)擔(dān)小。但是樣氣不適合低濃度測(cè)量,對(duì)稀釋氣體質(zhì)量要求較高,混合比例不均勻、煙氣靜壓、煙氣溫度變化都會(huì)影響其檢測(cè)結(jié)果。
綜合上述三種測(cè)量方法特點(diǎn),目前新型火電機(jī)組氣態(tài)污染物檢測(cè)基本都是采用直接抽取法測(cè)量。
3 煙氣低量程儀表監(jiān)測(cè)問(wèn)題分析
經(jīng)過(guò)一次凈煙氣環(huán)保測(cè)點(diǎn)移位改造,目前神福鴻電凈煙氣儀表出口CEMS采樣點(diǎn)移位于煙囪109m平臺(tái),測(cè)量方法為抽取式原理。測(cè)量SO2、NOX、顆粒物三項(xiàng)污染因子、流速和氧量、溫度、壓力配套參數(shù)。
凈煙氣CEMS儀表為德國(guó)西克GMS810(DEFOR,其中SO2量程為0~75mg/m3并具備0~750mg/m3測(cè)量功能;NO量程為0~75mg/m3并具備0~750mg/m3測(cè)量功能;氧量量程為0~21%,煙塵儀為德國(guó)西克FWE200, 其中最小量程為0~5mg/m3,最大量程為0~200mg/m3。
雙量程改造前脫硫出口CEMS分析儀SO2、NOX量程選用的是0~75mg/m3,可以滿足正常運(yùn)行時(shí)的測(cè)量需求。但是在脫硫脫硝系統(tǒng)尚未投入或者退出情況時(shí),煙氣中的SO2、NOX含量非常高,超過(guò)75mg/m3,無(wú)法正確反映環(huán)保數(shù)據(jù)排放情況,如圖1所示,影響環(huán)保局環(huán)境管控。
圖1 環(huán)保參數(shù)量程超限歷史趨勢(shì)1
為保證煙氣中SO2、NOX能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確監(jiān)視,故對(duì)儀表進(jìn)行高低量程改造,當(dāng)煙氣中氣態(tài)污染物超標(biāo)嚴(yán)重時(shí)(根據(jù)各公司實(shí)際情況儀表內(nèi)部設(shè)置濃度臨界點(diǎn)作為高低量程切換條件)自動(dòng)切換為高量程,避免因低量程超標(biāo)而影響環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)視實(shí)時(shí)準(zhǔn)確性。
4 CEMS儀表高低量程切換改造
環(huán)保分析儀表更換為雙量程儀表,儀表自身根據(jù)采集氣態(tài)污染物實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬量比較判斷輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量來(lái)作為雙量程中的高低量程切換信號(hào)。信號(hào)通過(guò)隔離繼電器分為三路分別送到脫硫DCS、環(huán)保局、中調(diào)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)接收儀表輸出的切換信號(hào)來(lái)控制高低量程數(shù)值轉(zhuǎn)換輸出。
4.1 雙量程切換方案設(shè)計(jì)思路
首先將CEMS分析儀表本身雙量程切換信號(hào)(SO2量程切換信號(hào)、NOX量程切換信號(hào))引出通過(guò)中間繼電器分為兩路,一路送至就地PLC上位機(jī),一路送至脫硫DCS。在脫硫DCS相應(yīng)控制柜中再增加一中間繼電器分為兩路,一路送至脫硫DCS系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量輸入卡件,另一路送至中調(diào)控制柜。
4.2 雙量程切換方案實(shí)施
CEMS小間PLC控制柜內(nèi)增加卡件DX561,將DX561第一通道定義為SO2量程切換信號(hào),DX561第二通道定義為NOX量程切換信號(hào)。CEMS儀表柜內(nèi)部控制回路增加2個(gè)繼電器:1個(gè)為SO2高低切換,1個(gè)為NOX高低切換。前后兩個(gè)切換信號(hào)分別從儀表本身控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量卡件D05、D06通道輸出送至中間繼電器,西克儀表高低量程切換及模擬量信號(hào)具體輸出流程如圖2所示。
圖2 高低量程切換及模擬量信號(hào)流程圖
3號(hào)機(jī)組是在脫硫電子間33A控制柜增加1個(gè)SM610卡件、1個(gè)SM3610卡件,卡件模塊地址定義為27。在33號(hào)站27號(hào)模塊第一通道新增點(diǎn),點(diǎn)名為SO2 LCQH。在33號(hào)站27號(hào)模塊第二通道新增點(diǎn),點(diǎn)名為NOX LCQH。4號(hào)機(jī)組送至脫硫DCS控制柜后未經(jīng)過(guò)中間繼電器而是直接接入SM3610卡件,再通過(guò)DCS控制站SM3710卡件輸出送至中調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行邏輯組態(tài)。如圖3所示。
圖3 高低量程切換信號(hào)輸入輸出卡件
4.3 高低量程切換邏輯框圖
DCS系統(tǒng)、中調(diào)系統(tǒng)高低量程切換時(shí)通過(guò)就地傳輸開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷進(jìn)行選擇,NOX濃度、SO2濃度高低量程切換邏輯框圖分別如圖4、圖5所示。
圖4 NOX濃度高低量程切換邏輯框圖
圖5 SO2濃度高低量程切換邏輯框圖
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