污染源排放在線監(jiān)測是政府環(huán)境保護(hù)部門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)測是污染源排放實(shí)時(shí)動態(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展的效果。

1 煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)成分組成

煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)（continuous emission monitoring system, CEMS）是由顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)監(jiān)測子系統(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)測子系統(tǒng)主要是對排放煙氣中的煙塵濃度進(jìn)行測量。氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)主要對排放煙氣中NOX、SO2、CO、CO2等氣態(tài)形式存在的污染物進(jìn)行監(jiān)測，目前我國火力發(fā)電廠主要對煙氣中的NOX、SO2、CO氣態(tài)形式存在的污染物進(jìn)行檢測、調(diào)節(jié)。煙氣排放參數(shù)子系統(tǒng)主要對排放煙氣的溫度、壓力、流速等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。數(shù)據(jù)處理與傳輸子系統(tǒng)主要完成測量數(shù)據(jù)的采集、存儲、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。

2 CEMS分析儀表測量原理

下面主要針對火電廠重點(diǎn)監(jiān)測、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)測子系統(tǒng)及氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)。

2.1 顆粒物監(jiān)測原理

顆粒物監(jiān)測子系統(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)的首臺百萬機(jī)組神福鴻電采用的就是其中的光學(xué)散射法測量，所謂的光學(xué)散射法是利用煙氣中粉塵對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)測探頭檢測，檢測信號與粉塵濃度有一定的函數(shù)關(guān)系，通過儀表內(nèi)部計(jì)算直接輸出粉塵濃度值。而后向散射法原理測量的粉塵儀由于現(xiàn)場安裝、維護(hù)方便的特點(diǎn)，現(xiàn)已成為火電廠粉塵監(jiān)測采用的主要設(shè)備。

2.2 氣態(tài)污染物監(jiān)測原理

氣態(tài)污染物監(jiān)測方式主要有兩種，即直接測量法和抽取測量法，其中抽取采樣法又分為直接抽取法和稀釋抽取法。下面簡單介紹三種方法測量原理：

• 1）直接測量儀表主要由發(fā)射裝置和接收裝置兩部分組成，分別安裝在所測煙道統(tǒng)一截面位置，其原理是由發(fā)射裝置對準(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，因此通過光的強(qiáng)度可以間接反映出所測氣態(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)測子系統(tǒng)組成。煙氣通過煙道內(nèi)取樣管進(jìn)入加熱取樣探頭，再經(jīng)過濾網(wǎng)過濾掉其中粉塵后進(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。其測量原理采用一定量的經(jīng)過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

• 直接測量法特點(diǎn)顧名思義就是可以直接測量，安裝設(shè)備簡單，成本低廉。但是煙氣溫度變化和取樣探頭的振動幅度都會對污染物濃度測量精度產(chǎn)生影響，故目前新建火電廠都不采納直接測量法測量。
• 直接抽取法測量特點(diǎn)是將樣氣抽取出來然后經(jīng)過加熱預(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對樣氣分析的影響。但是其安裝相對于直接測量法較復(fù)雜，成本費(fèi)較高。
• 稀釋抽取法測量特點(diǎn)是樣氣取樣量小，過濾介質(zhì)負(fù)擔(dān)小。但是樣氣不適合低濃度測量，對稀釋氣體質(zhì)量要求較高，混合比例不均勻、煙氣靜壓、煙氣溫度變化都會影響其檢測結(jié)果。

綜合上述三種測量方法特點(diǎn)，目前新型火電機(jī)組氣態(tài)污染物檢測基本都是采用直接抽取法測量。

3 煙氣低量程儀表監(jiān)測問題分析

經(jīng)過一次凈煙氣環(huán)保測點(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，測量方法為抽取式原理。測量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儀表為德國西克GMS810（DEFOR，其中SO2量程為0～75mg/m3并具備0～750mg/m3測量功能；NO量程為0～75mg/m3并具備0～750mg/m3測量功能；氧量量程為0～21%，煙塵儀為德國西克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75mg/m3，無法正確反映環(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

為保證煙氣中SO2、NOX能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確監(jiān)視，故對儀表進(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開關(guān)量來作為雙量程中的高低量程切換信號。信號通過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來控制高低量程數(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（SO2量程切換信號、NOX量程切換信號）引出通過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，DX561第二通道定義為NOX量程切換信號。CEMS儀表柜內(nèi)部控制回路增加2個繼電器：1個為SO2高低切換，1個為NOX高低切換。前后兩個切換信號分別從儀表本身控制系統(tǒng)開關(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流程圖

3號機(jī)組是在脫硫電子間33A控制柜增加1個SM610卡件、1個SM3610卡件，卡件模塊地址定義為27。在33號站27號模塊第一通道新增點(diǎn)，點(diǎn)名為SO2 LCQH。在33號站27號模塊第二通道新增點(diǎn)，點(diǎn)名為NOX LCQH。4號機(jī)組送至脫硫DCS控制柜后未經(jīng)過中間繼電器而是直接接入SM3610卡件，再通過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)通過就地傳輸開關(guān)量信號進(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

總結(jié)

分析儀經(jīng)過高低量程改造后，在機(jī)組不同工況期間分別進(jìn)行了在線試驗(yàn)，高低量程切換信號觸發(fā)正常，儀表本身模擬量高低量程切換正常，機(jī)組不同工況下環(huán)保參數(shù)監(jiān)視正常。如圖6所示。

圖6 環(huán)保參數(shù)量程超限歷史趨勢

改造后機(jī)組已運(yùn)行多年，環(huán)保參數(shù)監(jiān)視效果較好，因此對于超低排放并存在指標(biāo)超量程無法測量的機(jī)組，可以參照神福鴻電改造方式進(jìn)行優(yōu)化。