浅析稀释法CEMS系统及调试问题处理

浅析稀释法CEMS系统及调试问题处理

鞠志强,王红勇

山东电力建设第三工程有限公司  山东青岛   266100

【摘 要】本文主要介绍了某项目稀释法CEMS系统的设备组成及工作原理，对系统调试过程中易出现的问题提出了解决方案和应对措施。

【关键词】CEMS、设备组成、工作原理、调试

1引言

某项目CEMS系统包含旁路烟囱与主路烟囱两部分，由于主路烟囱与旁路烟囱工况不同，烟气采样装置略有不同。烟囱内的烟气经过烟气采样装置取样后，通过取样管线到达CEMS小室预处理系统，经过预处理系统处理后进入样气分析模块，分析模块分析处理后将分析结果通过通讯模块传入PLC盘柜，最后数据通过通讯电缆传至集控室CEMS通讯柜，再由通讯柜传至CEMS主机。从CEMS主机输出的数据，一路在集控室操作员站显示，另一路数据发送至业主控制中心，用于烟气排放检测监控。该系统既可以为燃机燃烧调整提供依据，同时是政府环保部门对烟气排放参数实时监控的重要窗口。

2烟气排放连续检测系统（CEMS）介绍

烟气排放连续检测系统包含烟气采样系统、烟气预处理系统和烟气分析系统三部分。

2.1烟气采样系统

烟气采样系统是一个模块化监测装置，集成自动化程度高，减少了过程维护，精确度较常规设备高出一个数量级。烟气采样系统主要装置为烟气采样探针。

2.1.1旁路烟囱取样探针EPM306

旁路烟囱稀释气由分析小室内的预处理系统送到采样探头处，采样探头内的文丘里模块在稀释气作用下产生负压，通过调节流速控制真空度，真空度一般设置在-6.5到-7.2 Pa。烟囱内的样气在分析仪采样泵吸力作用下通过采样探头和采样管线进入分析小室，样气从采样探头取样口吸入，进入到采样腔室，再经过滤芯进入音速小孔，其后与稀释气在文丘里管内混合稀释，然后通过取样管线送到预处理系统，最后经过预处理系统进入到分析仪内进行分析。

典型的取样探针提取废气的速度为0.1L/min，通过设计较小的采样速度可以最大限度地减少探头的维护频率，避免频繁更换过滤器。烟道样气被干燥空气加压稀释后，以大约3m/s的速度通过取样管路输送到分析仪进行测量。通过选择特定的音速小孔，稀释比可以从12:1调整到350:1。

2.1.2主路烟囱稀释萃取取样探针PRO2001WHP

取样探针PRO2001WHP从烟囱中提取样品，通过一个加热的探针桶，使用加热的过滤器过滤亚微米颗粒，稀释样品，以便通过取样管线运输并方便分析。

校验气体流速：2.0L/min 至 2.5L/min

采样气体流速：50 至 300 cc/min

稀释流速: 5 至 10L/min

加热器加热温度: 143.3℃±5.5℃

加热探针匹配温度: 143.3℃±5.5℃

取样管线材质为聚四氟乙烯，其显著特点：耐高温、抗老化，仪用气要求为清洁、干燥、无油的仪用压缩空气。

2.2烟气预处理系统

稀释的样气在进入分析仪之前，首先通过主路烟囱PLC盘柜内部配置的粗过滤和精过滤的预处理器，实现样品抽取、汽水分离、精密过滤、标定及流量调节等。各环节作用如下：

样品抽取：通过取样泵为样品管线提供循环动力；

汽水分离：样气温度下降出现游离水，汽水分离器将汽水分开；

精密过滤：进一步除尘，保证整个过滤精度在0.5μm以下，以去除气溶胶中的亚微米颗粒。

标    定：定时对仪器进行零点和量程标定；

流量调节：保证仪器的采样流量在1.2-2L/min。

2.3烟气分析系统

2.3.1 43i SO2 分析仪

43i分析仪工作原理是，S02分子吸收紫外光，在一个波长内被激发，当衰变为一个较低的能态时，发出紫外光。  

SO2＋hν1→SO2

当激发态的S02分子衰变到较低的能态时，它们发出与S02浓度成正比的紫外线。

SO2*→SO2＋hν2

2.3.2 42i NO-NO2-NOx 分析仪

42i分析仪工作原理是，一氧化氮(NO)和臭氧(03)反应发光，其发光强度与NO浓度成线性正比。当电子激发NO2分子衰变到较低的能态时，发出红外光。

NO + O3 → NO2 + O2+ hυ

二氧化氮(NO2)必须首先转化为NO，然后才能使用化学发光反应来测量。NO2通过加热到325℃左右的钼将NO2催化转化为NO，样品通过毛细管进入电磁阀，然后将样品送到反应室(NO模式)，或通过NO2-NO转换器到达反应室(NOx模式)。

2.3.3 48i CO 分析仪

48i分析仪工作原理，一氧化碳(CO)吸收红外辐射波长4.6微米，由于红外吸收是一种非线性测量技术，因此需要将基本的分析仪信号转换成线性输出，48i分析仪使用一个内部存储的精确线性化仪器，输出浓度范围高达10,000 ppm。样品流过光学台，来自红外源的辐射被截断，然后通过在CO和N2之间交替的气体过滤器。辐射通过一个窄带通干涉滤波器，进入光学台，在那里被样品气体吸收。红外辐射离开光学台，落在红外探测器上。一氧化碳气体过滤器的作用是产生一个在样品池中不能被一氧化碳进一步衰减的参考光束。过滤轮的N2对红外辐射是透明的，因此产生的测量光束可以被电池中的CO吸收。斩波检测器信号由两个气体过滤器交替调制，其幅度与样品池中CO的浓度有关。

2.3.4 410i CO2 分析仪

410i分析仪工作原理，二氧化碳(CO2)吸收波长为4.26微米的红外辐射。样品流过光学台时，来自红外源的辐射被截断，然后通过在样本和参考滤波器之间交替的旋转光学轮，随后辐射进入光学台，在那里被样品气体吸收，红外辐射离开光学工作台，落在红外探测器上。斩波探测器信号通过与样品池中CO2浓度相关的振幅滤波器之间的交替调制，由于红外吸收是一种非线性测量，因此需要将基本的分析仪信号转换成线性输出，输出浓度范围高达10000ppm。

2.3.5 O2 分析仪

本项目使用的氧化锆系列是TXO-1000，氧化锆分析仪是一种氧化锆固体电解质,这是稳定的氧化锆陶瓷经高温烧结形成的，所以在高温条件下,它是一个很好的氧离子导体。基于这一特性，在一定温度下，当传感器两侧的含氧量不同时，即为典型的含氧量电池。如果在氧化锆管的内外涂覆纯铂电极，氧化锆管由电炉加热，其内外壁接触含氧量不同的气体，氧化锆管即为含氧量电池。

3.调试问题处理

3.1尘度仪镜片污染导致测量不准确

由于测尘仪的安装位置处于微负压环境中,光学窗口镜片不可避免地会受到烟气的污染。为了对镜片进行吹扫，通常在尘度仪探头处安装吹扫风机，由于吹扫风机产生的压缩空气中含有水分，水分与烟气中的粉尘混合会粘在镜片上，造成粉尘仪测量数据不准确。通过镜片清理和镜片对准调整，这一现象得到缓解，测量情况得到明显改善。

3.2旁路烟囱音速小孔因质量问题导致采集气体不合格

调试过程中发现真空度测量异常，显示偏低。通过现场检查，确认就地采样探头安装正确，取样管线连接正确，音速小孔参数设置正确。后期通过更换12机组设备进行测试，真空度测量值仍显示偏低。经过与生产厂家多次沟通，最终再次更换21机组设备进行测试，结果各项参数测量恢复正常。事后分析，由于该类型采样探头为新型产品，供货厂家对其进口的产品缺乏必要了解，同时由于该音速小孔精确度高，制造难度大导致了较高的缺陷率（4支音速小孔，其中2支存在质量问题）。

4.结束语

烟气排放连续监测系统在火电及燃气机组中应用广泛，通过在线监测排放烟气参数，使运行人员能及时调整燃机燃烧姿态与工况，加强烟气排放管理，对排放源的实时监控有着重要意义。

参考文献

[1]李辉.超低排放火电厂CEMS应用浅析(A).2019年江西省电机工程学会年会论文集(C).2019

[2]张宝宝.提高CEMS烟气分析系统稳定性的建议.产业经济.2020-01