摘 要：LNG燃氣電廠的生產(chǎn)在電網(wǎng)負荷調(diào)峰過程中起到了舉足輕重的作用，LNG燃氣電廠的生產(chǎn)過程啟、停及升、降發(fā)電負荷的頻繁為電網(wǎng)靈活的負荷調(diào)整起到關(guān)鍵的作用。在這種情況下對LNG燃氣電廠中的鍋爐排放的煙氣進行連續(xù)監(jiān)測為煙氣中各類有害氣體實時提供數(shù)據(jù)是必不可少的環(huán)節(jié)。本文論述了ABB公司生產(chǎn)的EL3020型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）的構(gòu)成、原理及在我廠中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：CEMS 煙氣 連續(xù)監(jiān)測 SO2 NOx 煙塵

中圖分類號：TP27 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（b）-0122-01

我廠主要是LNG、9F級的2×393MW燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)，德國西門子原裝LNG燃機，上海電氣的發(fā)電機及汽輪機，余熱鍋爐為三壓、再熱、臥式、無補燃、自然循環(huán)、燃汽輪機余熱鍋爐，該余熱鍋爐由杭州鍋爐集團股份有限公司，引進德國西門子公司，全套燃氣輪機余熱鍋爐設(shè)計技術(shù)，設(shè)計制造本套汽輪機余熱鍋爐。我廠分別在#1、#2余熱鍋爐煙囪頂部安裝了一套ABB公司生產(chǎn)的EL3020型煙氣排放連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS），該系統(tǒng)采用紫外差分吸收光譜法，即長光程差分吸收光譜法（DOAS）原理研制而成，成功實現(xiàn)了煙氣排放（SO2、NOx、煙塵）在線實時自動監(jiān)測。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的定義

連續(xù)測定顆粒物和/或氣態(tài)污染物濃度和排放率所需要的全部設(shè)備，英文名稱“Continuous Emission Monitoring System”，簡稱“CEMS”。它是由采樣、測試、數(shù)據(jù)采集和處理三個子系統(tǒng)組成的監(jiān)測體系。

1.2 CEMS組成和描述

煙氣CEMS由顆粒物CEMS和/或氣態(tài)污染物CEMS（含O2或CO2）、煙氣參數(shù)測定子系統(tǒng)組成。通過采樣方式或非采樣方式，測定煙氣中的污染物濃度，同時測定煙氣的溫度、壓力、流速或流量、煙氣的含氧量，煙氣的含水分量（或輸入煙氣含水量）；計算煙氣污染物排放率、排放量；顯示和打印各種參數(shù)、圖表并通過數(shù)據(jù)、圖文傳輸系統(tǒng)傳輸至管理部門。

1.3 煙氣在線監(jiān)測儀

1.3.1 煙氣在線監(jiān)測儀的構(gòu)成和原理

YDZX-01型煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)包括煙氣測試分析儀、氧量分析儀、流速儀、凈化空氣吹掃系統(tǒng)等幾部分。煙氣在線監(jiān)測儀完成SO2、NOx、煙塵濃度的測量，流速儀完成對流速、煙氣溫度、煙氣壓力等的測量，經(jīng)過RS232口傳至現(xiàn)場工控機，完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲。凈化空氣吹掃系統(tǒng)向測試儀鏡片不斷的吹掃，以保持測試儀鏡片的清潔。

在整套設(shè)備中，煙氣測試分析儀是核心，所有原始數(shù)據(jù)的獲得全由它完成。分析儀主要包括光學(xué)系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)、電子學(xué)測量和控制系統(tǒng)等部分。

1.3.2 光學(xué)系統(tǒng)

光學(xué)系統(tǒng)是完成煙氣光譜采樣的關(guān)鍵。光學(xué)系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩大部分組成，包括光源、透鏡、角反射器、狹縫和多道光譜儀等。光源發(fā)出的光經(jīng)過透鏡直接進入煙道中，通過煙氣吸收后經(jīng)角反射器返回，由狹逢進入光譜儀，由光柵分光，在光柵色散焦平面由二極管陣列探測器（PDA）接收。

1.3.3 機械結(jié)構(gòu)

機械結(jié)構(gòu)部分包括插入式氣體采樣管、二極管陣列探測器的線性檢測及本底測量裝置的機械驅(qū)動。考慮到煙道中溫度很高，而且有SO2等腐蝕性很強的污染氣體，所以氣體通道包括測量槽及有關(guān)配件均采用不銹鋼、透紫外光的石英玻璃材料制作。氣體通道上的光學(xué)元件和密封元件均耐高溫耐腐蝕。

1.3.4 插入式氣體采樣管

它是測量和采樣的關(guān)鍵，將其置入煙道內(nèi)，滿足了連續(xù)在線監(jiān)測的要求，省去了抽氣方式中的長距離采樣加熱管道、過濾器、冷凝器等復(fù)雜裝置，簡化了系統(tǒng)設(shè)計，使系統(tǒng)安裝和控制更方便。

1.3.5 工作過程

光譜法測量污染氣體濃度是利用光在氣體中傳播時氣體分子對光的吸收，在一定條件下，遵循朗伯-比爾定律，即光通過氣體后，有一部分被吸收，其吸光度與氣體分子濃度及氣層厚度的乘積成正比。儀器利用氣態(tài)污染物對特定波段的光具有吸收特性，選擇波段在200～320 nm的紫外光作光源，因為在此波段內(nèi)水分子和其它氣體幾乎沒有吸收。入射光被污染物吸收后，經(jīng)光柵分光，由高靈敏二級管陣列探測器測量吸收光譜，并由此經(jīng)計算機根據(jù)Beer定律，利用反演算法得到污染物的種類和含量。

光源發(fā)出的寬帶光譜經(jīng)石英聚光透鏡后通過光分束器，再由反射鏡反射到準(zhǔn)直透鏡，通過前窗鏡照射到探頭后端的角反射鏡上，探頭窗鏡上裝有透光波段200～250 nm的紫外濾光片。角反射鏡反射光按原光路返回到光分束器上，然后經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡照射到光譜儀的入射狹縫上，通過光柵色散形成光譜。高靈敏度線陣CCD探測器將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺珻CD探測器輸出的信號經(jīng)前置放大器放大后送入高速信號采集A/D和CPU處理單元；控制處理單元的功能是將該信號數(shù)字化并存入存儲器，然后由系統(tǒng)總控制單元采用適當(dāng)?shù)厮惴▽ζ溥M行處理得到SO2、NOx濃度等信息。在數(shù)據(jù)分析和處理中采用硬件和軟件平均濾波技術(shù)，構(gòu)成了差分吸收光譜測量系統(tǒng)，從而使光源強度隨著時間的慢變化不影響測量精度。由于計算是通過吸收峰來進行的，是由譜線的峰值和谷值來反演出來的，而粉塵只是對整條譜線起著衰減的效果，因此粉塵的變化不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響；監(jiān)測過程煙氣中主要吸收氣體分布。

2 應(yīng)用

煙塵、氧量、SO2、NOx溫度、流速參量分別由煙塵監(jiān)測儀、氧分析儀及變送器、熱電偶、皮托管和壓差傳感器測量，這些儀器把測量結(jié)果傳送到信號調(diào)理器（變送器），信號調(diào)理器（變送器）把這些信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以RS485方式傳送到儀表間內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集控制器匯集各智能化儀器的測量數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)并上報給控制中心的中心控制數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，同時控制整套監(jiān)測儀器的運行?？刂浦行闹饕梢慌_中心控制室數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及其外圍設(shè)備構(gòu)成?？刂浦行哪壳暗闹饕B接一個或多個前端數(shù)據(jù)采集器，控制中心最終數(shù)據(jù)與機組主控室中的DCS系統(tǒng)相連，在DCS系統(tǒng)上設(shè)定CEMS煙氣連續(xù)自動監(jiān)測區(qū)域，顯示實時數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行狀態(tài)。查看歷史數(shù)據(jù)，可以圖表形式顯示歷史數(shù)據(jù)，可對各種圖形進行任意放大、縮小，圖表顯示排氣量以及煙塵、SO2、NOx、O2、CO、CO2的排放量以當(dāng)時相對應(yīng)的發(fā)電負荷，各種數(shù)據(jù)報表的打印與輸出。定時向管理部門發(fā)送排放數(shù)據(jù)報告，并可隨時響應(yīng)管理部門的遠程數(shù)據(jù)查詢。相關(guān)環(huán)保部門可以通過網(wǎng)絡(luò)得到所監(jiān)測各污染氣體的排放數(shù)據(jù)的報告，起到了真實的遠程監(jiān)督的作用。

3 結(jié)語

在國家大力提倡發(fā)展減排增效的環(huán)保型燃氣電廠中EL3020型煙氣排放連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）憑著系統(tǒng)工作可靠、運行費用低、安裝簡便、無需人員監(jiān)守等優(yōu)點，在該行業(yè)里起了重要的作用。該系統(tǒng)為我廠機組運行過程排放出煙氣中的有害氣體起到了實時監(jiān)控的作用，同時也為我廠、相關(guān)環(huán)保部門提供了可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)起到了重要的作用。