镇江电厂630MW超临界机组超低排放改造脱硫CEMS设备选型分析

镇江电厂630MW超临界机组超低排放改造脱硫CEMS设备选型分析

【摘要】在国家环保对燃煤电厂超低排放要求下，脱硫CEMS仪表的设备选型决定了投产后运行的准确性和可靠性。本文根据超低排放改造后CEMS分析仪、烟尘仪的测量原理以及特点，对脱硫CEMS系统设备的选型提出了自己的看法，为其他机组脱硫CEMS超低排放改造提供了借鉴。

【关键词】超低排放CEMS 选型低量程

1 概述

华润电力江苏镇江发电有限公司#6机组为630MW超临界燃煤发电机组，脱硫采用石灰石-石膏湿法工艺，按一炉一塔设计。2015年9月至10月由武汉凯迪电力环保有限公司采用脱硫除尘一体化技术对我司#6机组SO2及粉尘实现超低排放的改造，改造主要方案为：在吸收塔入口上方1米处加装托盘(高约200mm)装置实现塔内烟气均布，脱硫提效;拆除原有二层除雾器，加装Munters品牌三级高效除雾器(最上层喷淋层3347mm 处，总高度3144mm塔壁增高3.14m，改造原塔顶盖、出口烟道弯头及原有除雾器梁)实现除尘除雾，粉尘达标排放。根据煤质分析数据，当燃用含硫量1.1%的设计煤种时，入口SO2浓度达2497mg/Nm3(标态，干基，6%O2)。超低排放改造后在燃用设计煤种时，FGD系统出口SO2浓度小于35mg/Nm3(标态、干基、6%O2)，燃用设计煤种时，脱硫效率≥98.7%。现有FGD出口烟尘浓度40mg/Nm3(标态、干基)。改造后在燃用设计煤种及校核煤种时，FGD系统出口烟尘浓度小于5mg/Nm3(标态、干基)。现有FGD雾滴含量75mg/Nm3，系统改造后FGD系统出口雾滴含量≤30mg/Nm3。目前国内经过国家认证检测合格的厂家一般都是产品集成商，走的是“大件引进，系统国内集成”的模式。选择合适的CEMS设备，必须根据不同系统的不同适应情况进行比较，在“近零排放”的背景下探讨CEMS设备的选型显得尤为重要。

2 脱硫CEMS设备选型分析

根据超低排放要求，脱硫FGD出口烟尘、SO2、NOx排放浓度很低，为了保证测量的准确性和可靠性，低浓度测量要选用低量程设置的仪表。

2.1 烟尘仪的选型：

在达到国家环保要求的同时，常规的粉尘监测设备将无法满足颗粒物在线的测量要求，我们选用低浓度粉尘仪德国福德世PFM06 ED。

PFM 06 ED 作为一款抽取式粉尘浓度测量仪表，可用于高湿度及含有粘性灰尘颗粒物的废气的连续在线测量。它采用光散射原理测量;测量时，对于被测气体的加热和稀释等预处理方式确保测量室内气体干燥。因此，PFM 06 ED 可用于经过湿法脱硫和湿法电除尘之后的气体粉尘浓度的测量。

PFM 06 ED 连续地从废气中抽取一部分气流(抽取由射流泵的动作来完成)。因为测量浓度总是反映气流中所含的粉尘浓度，所以预设并加热的稀释气流在探杆入口处与测量气流混合，并总是以设定比例进行稀释，同时混合气体被加热到一个设定的温度T，此时水分均被蒸发，但测量气中的粉尘处于固体状态。

整体结构图：

测量状态图：

测量原理：

Ci.B 粉尘浓度[mg/m3]

Cal 测量信号[V] (与散射光强度相关)

F, FD 流量[m3/h]

A, D 粉尘校准常数

C 设备校准常数

注：出厂预设A=1 D=0 C=1.0

稀释程度的关系:

FM≈F-FD

FM 吸入废气的气体流量m3/h]

F 测量室中的气体流量m3/h](范围是8-12m3/h)

FD 稀释气体流量[m3/h](范围是3-6m3/h)

PFM 06 ED 以信号CiB 按比例显示，并以模拟信号输出4 到20mA。CiB 已考虑了关系式中相关校准因素。

稀释度:

D 稀释度[%]

MM 抽取气体[kg/s]

M 测量室中的气体[kg/s]

FM 抽取的气体流量[m3/h]

F 测量室中的气体流量[m3/h]

通常D 的值在35.0 % 和70.0 %之间。因此相关量为：

D = 100 % 没有稀释气体

D = 0 % e只有稀释气体(理论值FM = 0 m3/h)

零点和参考点校准：

PFM 06 ED 每隔3 小时(时间可设定)执行一次自动校零和自动量程校准(仪器开机后开始计时)。这3 小时的平均测量值将被周期同步校验。所以这样可以控制传感器的污损情况。如果校验偏离过大，将会提示维护请

求或故障信号。持续3 分钟的校零(4 mA) 以及此后的3 分钟量程校准，校准值(= 15.2 mA +

Ref-value[%]/100*4 mA)。一个信号示例图如下：(输出：0 到30 mg/m3对应4 到20mA)。

投运后测量数据曲线：

注：自动校准时数据没有做保持

超低排放改造后，脱硫排口烟气中所含水份增大，且FGD系统出口烟尘浓度要小于5mg/Nm3，普通的烟尘仪无法满足要求。福德世PFM 06 ED的测量方法和优良的性能使它能够解决这些问题。使用方便，后期维护量小，精确度高。

2.2 CEMS仪表的选型：

在超低排放情况下，SO2量程为0-200 mg/m3。为保证测量的准确性，我们选用江苏方天FT91烟气连续监测系统和德国ABB AO2020的CEMS分析仪。此系统采用直接抽取的方法对烟气进行取样来测定烟气中的污染物(SO2、NO、O2)。ABB AO2020的CEMS分析仪，SO2最小测量范围为0-75 mg/m3，可以满足低量程测量的要求。

此分析仪使用模块化测量，其测量原理是使用NDIR红外光度计在波长范围λ=2.5…8μm处的非色散性红外吸收，利用检测光强来进行检测。该分析仪装有充气的光气动检测器，检测器的充气与所测量的气体相对应，与样品中其它气体组分对比，检测器可提供最佳灵敏度和高选择性。

现场安装机柜图：

其测量流程图如下：

FT91系统每隔4 小时(时间可在机柜背面PLC中进行设定)执行一次自动反吹，并可向DCS发送反吹信号，防止探头积灰堵塞，保证测量的准确性和连续性。

投运后测量数据图如下：

该方法具有很强的适应性，可以分析各类样品气体，在各个行业都有比较广泛的应用。该方法经过对样气处理后，样气比较洁净，对分析仪的污染比较小，系统的稳定性和准确性都比较好，便于长期运行，初次投资后后续维护成本较低、维护量小。该方法分析机柜放在专门的房间内，对粉尘、温度和湿度可以通过空调进行控制，保证了分析仪的工作环境，延长分析仪使用寿命。由于该方法检测过程中，去除了水分，所以，测量结果为干烟气中的数值，其符合我国的环保法规。

3 改造结束后环保验收比对数据：

表3-1 #6机组烟囱排口处二氧化硫

测试日期测试时间序号参比方法

测量值(mg/m3)CEMS显示值(mg/m3)绝对误差(mg/m3)

2015-11-179:00124 26 -1

10:00225 26

11:00324 25

13:00424 23

14:00525 25

14:10625 21

14:20726 20

14:30824 21

14:40924 22

允许绝对误差(mg/m3)≤±17.2

评价合格

表3-2 #6机组烟囱排口氮氧化物

测试日期测试时间序号参比方法测定值(mg/m3)CEMS显示值(mg/m3)绝对误差(mg/m3) 2015-11-179:00133 32 -3

10:00233 28

11:00332 29

13:00431 32

14:00532 31

14:10632 30

14:20733 28

14:30833 26

14:40933 27

绝对误差(mg/m3)≤±12.3

评价合格

表3-3 #6机组烟囱排口粉尘浓度

测试日期测试时间序号参比方法测定值(mg/m3)CEMS显示值(mg/m3)绝对误差(mg/m3)

2015-11-179:0012.3 2.1 0

10:0022.5 2.2

11:0032.3 2.3

13:0042.8 3.4

14:0052.5 2.3

绝对误差(mg/m3)≤±15

评价合格

根据环保的比对数据我们可以看出，我司#6机组脱硫超低排放改造烟囱排口SO2、NOx、粉尘浓度数据完全满足要求，误差都在合格范围内。

4 结论

在国家对环保要求越来越高的今天，燃煤电厂对环保数据测量的准确性和可靠性要求也越来越高。选择合适的CEMS设备，需根据每个厂不同的适应情况。我司#6机组脱硫超低排放改造完成至今，CEMS运行情况良好，可为同条件下机组超低排放改造CEMS设备选型提供参考。