一、行業(yè)背景
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年當(dāng)年投運(yùn)火電廠煙氣脫硫機(jī)組容量約3600萬(wàn)千瓦；截至2013年底，已投運(yùn)火電廠煙氣脫硫機(jī)組容量約7.2億千瓦，占全國(guó)現(xiàn)役燃煤機(jī)組容量的91%。2013年當(dāng)年投運(yùn)火電廠煙氣脫硝機(jī)組容量約1.9億千瓦，；截至2013年底，已投運(yùn)火電廠煙氣脫硝機(jī)組容量超過(guò)4.2億千瓦，占全國(guó)現(xiàn)役火電機(jī)組容量的49%。
煤是由不可燃成分和可燃成分組成的，不可燃成分包括煤中的水分和灰分；可燃成分指組成煤中有機(jī)質(zhì)的碳、氫、氧、氮、硫五種元素。煤中的碳、氫元素含量決定了煤發(fā)熱量的高低，煤中可燃硫參加燃燒，但釋放出的熱量較少。煤中氮、氧不參加燃燒。煤燃燒產(chǎn)生的煙氣主要由懸浮的少量顆粒物、燃燒產(chǎn)物、未燃燒和部分燃燒的煤粉、氧化劑及惰性氣體等組成。煤燃燒可能釋放出的污染物有一氧化碳（CO）、硫的氧化物（SOX）、氮的氧化物（NOX）、二氧化碳（CO2）、飛灰、金屬及其氧化物、金屬鹽類、醛、酮和稠環(huán)碳?xì)浠衔?，其中二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）和煙塵是燃煤電廠造成大氣污染的主要污染物。煤煙型污染仍是我國(guó)二氧化硫、氮氧化物和粉塵產(chǎn)生的大污染源，電力行業(yè)是燃煤主體，脫硫脫硝除塵工程數(shù)量逐漸與火電廠機(jī)組容量同步。
二、典型的電站鍋爐各種煙氣處理工藝流程圖
環(huán)保部2013年03月05日發(fā)布第14號(hào)《關(guān)于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》，位于“三區(qū)十群"內(nèi)的火力發(fā)電機(jī)組在“十三五"期間，都必須達(dá)到二氧化硫50mg/m3的排放限值，現(xiàn)有電廠都將面臨著脫硫增容改造。
煙氣CEMS由顆粒物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、煙氣排放參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理子系統(tǒng)等組成。通過(guò)采樣和非采樣方式，測(cè)定煙氣中顆粒物濃度、氣態(tài)污染物濃度，同時(shí)測(cè)量煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流速或流量、煙氣含濕量（或輸入煙氣含濕量）、煙氣氧量（或二氧化碳含量）等參數(shù)；計(jì)算煙氣中污染物濃度和排放量；顯示和打印各種參數(shù)、圖表并通過(guò)數(shù)據(jù)、圖文傳輸系統(tǒng)傳輸至固定污染源監(jiān)控系統(tǒng)。
如圖所示為較為普遍的鍋爐煙氣處理工藝流程。煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）之所以稱之為一個(gè)系統(tǒng)，是因?yàn)樗嵌喾N儀器的有機(jī)組合，測(cè)量參數(shù)SO2、NOx、O2、溫度、壓力、流量、粉塵。
從1997年國(guó)家頒布《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》以來(lái)，煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)始在我國(guó)出現(xiàn)。2001年國(guó)家頒布的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得以推廣。CEMS系統(tǒng)是脫硝設(shè)施很重要的一個(gè)輔助系統(tǒng)，CEMS系統(tǒng)是否正常工作關(guān)系到脫硝設(shè)施的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
西門子U23是利用傳統(tǒng)的非分散紅外光測(cè)量SO2＼NOX，測(cè)量前先將采樣的煙氣進(jìn)行冷凝預(yù)處理再送入氣體室分析，技術(shù)特點(diǎn)是紅外光不能在高溫下測(cè)量，須將采用煙氣進(jìn)行預(yù) 處理除水、除塵冷凝到常溫下測(cè)量，預(yù)處理易析出冷凝水，水與SO2生成亞硫酸腐蝕探頭、儀表、氣體室等。采用高溫泵全程伴熱避免紅外光冷凝產(chǎn)生酸性氣，但采用的是非分光技術(shù)，光譜寬，濾波片導(dǎo)致通帶帶寬，非線性反應(yīng)，響應(yīng)慢，易受背景氣 水份、粉塵干擾。還有一種技術(shù)是全程伴熱，直接在高溫下測(cè)量，不需要除水，只需除塵，不會(huì)產(chǎn)生酸性氣體，紫外分光通過(guò)光柵分光和陣列傳感器直接計(jì)算出SO2＼NOX。
三、煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS）的功能
1、在排污口（煙囪）監(jiān)測(cè)煙氣中的SO2、NOx、HCl、CO等氣態(tài)污染物，監(jiān)控氣態(tài)污染物的排放濃度和排放量，監(jiān)測(cè)粉塵顆粒物濃度的排放量，可監(jiān)測(cè)污染物排放總量。
2、在脫硫、脫硝及除塵等環(huán)保裝置煙氣入口處監(jiān)測(cè)，并與企業(yè)內(nèi)部DCS聯(lián)網(wǎng)，可根據(jù)煙氣情況調(diào)整環(huán)保裝置的運(yùn)行狀態(tài)，能夠有效降低煙氣處理成本將環(huán)保部門的排放要求作為儀器報(bào)警的參數(shù)，當(dāng)排放將要超標(biāo)時(shí)，可以輸出報(bào)警信號(hào)，從而避免超標(biāo)排放帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。
3、通過(guò)對(duì)各種煙氣參數(shù)（溫度、壓力、流速、濕度）以及煙氣中氧含量的監(jiān)測(cè)，可以調(diào)整鍋爐的燃燒狀態(tài)，使其達(dá)到工況。
四、CEMS在脫硫脫硝中的應(yīng)用
典型電廠鍋爐煙氣處理流程是脫硝在前脫硫在后，脫硝后需要檢測(cè)如NO、NO2（通稱NOX，氮氧化物）、O2及Np等；而脫硫前需要檢測(cè)SO2、SO3；O2、CO2；粉塵等。按照常規(guī)的做法就是在脫硝出口（鍋爐空預(yù)器后）安裝一套CEMS，除塵器后進(jìn)脫硫塔前安裝一套CEMS，這樣做的好處是煙氣采樣數(shù)據(jù)上傳時(shí)間短，容易實(shí)現(xiàn)脫硝的自動(dòng)控制，缺點(diǎn)是投資成本高，維護(hù)工作量大；而采用只在除塵器后進(jìn)脫硫塔前設(shè)置一套CEMS給脫硫脫硝公用，好處是投資成本低，日后維護(hù)量?。蝗秉c(diǎn)是雖然對(duì)脫硫自動(dòng)控制影響不大，但是對(duì)脫硝煙氣數(shù)據(jù)采樣就顯得滯后，尤其對(duì)于小型機(jī)組采用SNCR工藝脫硝，NOX沒(méi)有入口檢測(cè)點(diǎn)，只能通過(guò)出口NOX濃度來(lái)調(diào)節(jié)還原劑的耗量，當(dāng)鍋爐負(fù)荷波動(dòng)或者每種改變時(shí)自動(dòng)控制比較難以投入，另外由于煙氣經(jīng)過(guò)煙道和除塵器還存在漏風(fēng)等問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)偏差大。
國(guó)家環(huán)保政策越來(lái)越趨于嚴(yán)格，需要檢測(cè)治理的煙氣參數(shù)也越來(lái)越多。各種環(huán)保工藝技術(shù)不斷更新完善，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，CEMS系統(tǒng)集成化自動(dòng)化程度越來(lái)越高，可以預(yù)見(jiàn)將來(lái)必在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
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