浅谈烟气连续监测系统及其在电厂的应用

摘要： CEMS系统由SO2 / O2 / NOX分析仪、烟尘仪 、流量计、压力变送器、湿度/温度计及数据处理单元（DAS）等部分组成。文章详细介绍了CEMS各个组成部分及其在火力发电厂中的应用。

关键词：烟气连续监测系统；SO2 / O2 / NOX；火力发电

中图分类号： X83文献标识码：A

火力发电厂一直是大气污染中的重要污染源之一，火电厂是空气中二氧化硫的主要排放源，早在20世纪70年代，一些发达国家就开始对烟气排放的二氧化硫、氮氧化物进行监测。我国在这方面还比较落后，监测系统形成的也较晚，现在由于大气污染严重，人们已经开始对环境加以关注，各火电厂的烟气排放都具有严格的标准，烟尘分析成为排放的一个主要指标。烟气连续监测系统（简称CEMS）是为烟气排放污染物连续监测而专门设计的在线监测系统。

1系统构成

烟气连续监测系统由SO2/O2/NOX分析仪、烟尘仪、流量计、压力变送器、湿度/湿度计及数据处理单元（DAS）组成。

1.1 气态污染物监测系统

气态污染物监测系统有3种设计方法：直接抽取法、稀释取样法和现场安装型。

1.1.1 直接测量取样法

直接测量取样法操作简单，方便，经济性强，主要是采用差分吸收法进行测量，即把部件安装在烟道中，将一束光直接照射在烟道气体中，利用分子的吸收光谱测量若干波长上的吸收系数，根据这些波长上分子吸收系数的差来确定吸收分子的含量，具有较强的抗干扰性。但由于这种方法主要是在烟道中进行，所以仪器在如此恶劣的环境下寿命就很难维持长久，维修起来也有诸多的不便，同时差分吸收无法实现在线校准，测量精度低，难以长期连续工作。

1.1.2 稀释取样法

稀释法通过采用临界孔技术保证稀释比。所谓临界孔是指当临界孔两端的压力比达到0.53以上时，流体经过临界孔的流速被限制在声速，因此流体流过 临界孔的流量是恒定值，很容易保证稀释气的压力恒定，即稀释气的流速亦是一个恒定值，所以样气的稀释比是一个恒定值。

1.1.3 直接抽取法（加热管线法）

直接抽取法是通过加热管对抽取的已除尘的烟气进行保温，保持烟气不结露，经细除尘干燥装置冷凝除湿预处理装置后再送至分析仪。直接抽取法由于存在脱水过程，对烟气中浓度较低且易溶于水的HCl、NH3、H3S等成分无法测量，因此不能用于垃圾焚烧发电厂的烟气监测中。若将高温高湿的烟气送入仪器中进行分析，则对分析仪的要求很高，整套系统价格昂贵，多应用于多成分、低浓度、易溶于水的气态污染物测量。

1.2 烟尘测定仪

在线烟尘监测仪最多采用的是光学方法，其原理分浊度法测量和激光散射法测量两种。浊度法因其技术成熟性和经济性是目前国内使用较普遍的一种进行在线烟尘监测的方法，浊度法（透射法，对穿法）是指光通过含有烟尘的烟气时，光强因烟尘的吸收和散射作用而减弱，通过测定光束通过烟气前后的光强比值来定量烟尘浓度。相对于浊度法的优点来讲，其在安装时需要双端同时进行，且维修时有许多的不便，在两端还需要洁净的空气来进行保护，因此浊度法的这些缺点也是在使用中必须考虑的因素。

1.3 气体流速仪

气体流速测量有3种方法：热差法、压差法和超声波方法。

1.3.1 热差法是指烟气通过热传感器时，带走的热量与烟气流速和热传感器的电阻阻值变化成比例，通过测量热传感器的电阻阻值变化可求得烟气流速，热传感法适宜于便携式测量。

1.3.2 压差法利用压差传感器、皮托管等测出烟气的动压和静压，动压和静压与被测烟气流速成一定的比例关系，从而可定量烟气流速。皮托管差压法为常用方法，但皮托管差压法使用在测量带有大量石膏浆液颗粒的烟气时容易发生取样管堵塞，需加强反吹和疏通。

1.3.3 超声波法通过超声波顺着烟气流向和逆着烟气流向通过已知距离的两个点时，其传输时间不同，连续测定传输时间差可实现烟气流速的连续监测。采用超声波方法进行气体流速测量效果最好。FLOWSIC100UHA SSTi 超声波型流量计，测量过程为非接触式，具有较高的测量精度，并可以进行烟气的温度测量。两套超声波的发射器/接收器成直线安装在烟道中，与烟气流向成一定的夹角a，声波的传输时间随气体的流向变化：在与气流方向相同的方向上，传播时间Tv被缩短；在与气流方向相反方向上，传播时间Tr 被延长。声波的传输时间随气体的流向变化；气体流速计算公式为：

设烟道横截面积为A，烟气体积流量为：

Q=3600×Vm×A

其中：Vm--测定烟道断面的烟气平均流速；

L--超声波在烟道中的传播路径；

a--烟道中心线与超声波的传播路径的夹角；

Tv--声波顺气流方向在烟道中的传播时间；

Tr--声波逆气流方向在烟道中的传播时间。

FLOWSIC100UHA SSTi超声波型流量计是通过测量超声波在烟气中顺流和逆流行进的时间差来 计算烟气流速，与环境温度、压力及气体的具体成分没有关系，测量精度高。而且，测量所得的是烟道横截面的平均流速，代表性很强。超声波发送器用钛制造，探头用SS316制造，耐腐蚀性很好。系统不需要进行反吹，操作简单。

1.4 湿度测量

湿度测量采用的是一种高温应用的湿度传感器HMP235，该系列湿度连续监测仪采用电容型传感器，湿度变化引起电容解质介电常数的变化，因而使电容量发生变化，通过测量电容就可以测量湿度。芬兰VAISALA 公司生产的HMP235A 型高温电容法湿度计，有温度校准，精度高 ，但考虑到电厂的工况稳定，烟气含水量变化不大，采用短时测量取平均值输入做湿度校准计算。这样可以防止湿度计的意外损坏，延长仪器使用寿命。

1.5 数据采集系统

系统采用SMC-900 型数据采集系统。该采集系统是以数据采集/控制仪为基础建立的，它是以工控机为主体设计的，具有强大的硬件和软件功能。软件主要功能有：使用含氧量计算折算浓度、使用湿度计算干气浓度、使用温度，压力计算标态浓度、计算总排放量、形成实时报表、自动生成日报表，月报表，年报表、记录故障事件、故障报警、声，光、缺失数据的处理、记录校准报告、通过数据通讯终端向上位机传送数据和报表，数据处理和表格形式符合HJ/T76-2001 的规定。对气体分析系统的反吹，校准进行控制。对探头堵塞，加热输气管 温度，气体湿度进行连锁控制。显示CEMS 的流程图，帮助运行维护人员了解系统运行情形 。形成趋势图，棒图、实现无线通信等。

结语

CEMS 烟气连续监测系统已在火力发电厂中得到广泛应用，在线监测电力生产过程中产生污染气体的固定排放源以及烟气脱硫、脱硝系统的控制和监测，有利于运行人员及时调整监控脱硫、脱硝、除尘等环保设施的运行状态，加强达标排放管理，为环保部门的监督提供了科学先进的检测手段，这对于排放点的有效监测与管理有着积极而重要的意义。

参考文献

[1]HJ/T 75-2001.火电厂烟气排放连续监测系统技术规范[S].

[2]HJ/T 76-2001.固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法[S].