CEMS系统在火电厂中的应用及存在问题分析
1 引言
随着我国大力推进工业化的发展，随之而来的就是面临着环境恶化这一严峻挑战。而现代人民的生活更加追求健康，因此对于环境有着更高的要求。而火电厂仍然是目前最为常见的发电场所，但火电厂排放大量的烟尘对于环境的污染是十分严重的。所以对于火电厂的产生的大量烟尘这一污染问题，必须有相应的方案进行解决，烟气排放连续监测系统（CEMS）应运而生，虽然不能从根本上解决污染问题，但也是起到了很好的缓冲监督作用。火电厂的排放物检测主要分为人工检测和仪器检测两类。在实际情况中，人工检测消耗的成本高，时间长，因此效果并不理想。而CEMS系统，则可以弥补人工测试的缺点。它效率高，准确性好安全性优，因此国家也曾下达过相关文件对于CEMS的作用表示肯定。而后下达相关规定：火电厂内的烟道和烟囱必须安装CEMS装置，这样能准确地检测出排放物的相关情况。
2 CEMS系统在火电厂的应用
CEMS的主要作用是可以监测到火电厂产生的污染物数据，为其他环保工作的开展提供数据上的支持。
2.1 CEMS系统应用流程
2.1.1 对样本的采集
对于样本的采集，一般有直接取样法、稀释取样法和现场在线取样三种。在采集排放物之前，一般对其先进行稀释工作。一般在采集器的探头顶部小孔可以吸纳火电厂的排放废气，探头内部可以首先对废气进行稀释。废气在进行分析之前，可以不对废气进行除湿工作，由于废气已经进行过稀释，这样温度会被控制在合理的范围内，并不会产生结露现象。对于只被稀释过的样本废气，由于还存在一定的湿度，可以采用湿法测量。同时，由于省去了除湿这一环节，对于节约成本来说也是有很大帮助的，而且一旦除湿设备出现问题，会导致结露现象的出现等其他一系列的问题。所以说，在采集排放物的同时对其进行稀释工作是最佳的处理方案。
2.1.2 对样本的测量
CEMS一般使用不同的测量方式对于废气中的不同成分进行浓度的监测。通常需要检测的污染物分为两大类：一类是硫化物，另一类是氮化物和一氧化碳。检测硫化物的方法是红外法，而检测氮氧化合物和一氧化碳的方法是非分散法，与此同时，对于污染物中氧气含量的还需要使用电化学的方法来测定。烟尘的测量一般采用光学的方法。湿度的测量通常由相应的传感器来帮助完成。烟气的流速一般由超声波法来进行测量。使用以上的科学方法测试出来的结果准确度高，可信度好。
2.1.3 对检测数据的传输
通常对于整个CEMS系统，样本采样器，分析仪器以及数据传输是被计算机网络连为一体的，这样保证了数据的时效性和有效性，同时计算机可以对数据收集和传输的同时，生成图表等，可更加直观的表现出数据，为企业的工作提供便利。在提供便利的同时，由于数据的标准国家已经有明确的规定，所以要在检测污染物排放的同时，也要监督好数据的传输工作，在严格的规范下完成准确的数据传输工作。
2.2 CEMS在火电厂的应用
2.2.1 烟气脱硫
因为在火电厂中，烟气脱硫的设备通常被安排在锅炉以后，烟囱以前，所以它的安装位置就决定了火电厂中主要的检测主要对象就是硫。烟气脱硫，顾名思义，就是除去烟气中的二氧化硫。烟气脱硫系统用于脱硫系统烟气排放连续监测，监测数据用于脱硫系统工艺控制，反映脱硫效率。同时脱硫出口监测数据用于环保监测。可以连续在线监测颗粒物的浓度、二氧化硫浓度、氮氧化合物浓度、氧气含量、烟气温度、烟气压力、烟气流速、一氧化碳和二氧化碳浓度。其控制计算机可以将所测到的数据进行处理和存贮。可以通过网络与上级环保部门的计算机连接，环保部门可以方便、快捷地调用监测数据。企业内部可以通过局域网根据访问权限对数据库进行操作。如读取数据、修改状态参数甚至对系统进行直接操作。烟气排放连续监测系统由以下几个重要系统组成：系统控制与数据采集系统；气体分析仪；颗粒物分析仪；温度、压力、流速监测仪；样气预处理系统；保护反吹系统和自动校准系统。
CEMS系统通过可编程逻辑控制器（PLC）对CEMS系统的数据进行采集和控制，提供24小时的记录接口系统，可以将加工过的数据传输给数据处理及控制子系统（DAS），其控制指令通过DAS激活。PLC能自动控制烟气抽取，将样气提供给ULTRAMAT 23分析仪，具有执行分析仪的零点校准、量程校准、自动反吹和冷凝液排放的功能。除此之外，还能显示CEMS状态（采样/校零/反吹）和监测故障状态并能报警。通过自动校准做出校准报告，并且按照环保部门要求编造日报表、月报表、年报表，生成趋势图和饼图等。数据采集系统选用西门子S7-200系列PLC，由CPU224、DI/DO扩展模块EM223、模拟量输入模块EM231和模拟量输出模块EM232构成。数据处理系统通过RS232转换器和MODBUS进行信号传输与DAS通讯。数据处理及控制子系统具有数据采集、数据处理、数据保存、数据显示、数据打印、数据传输、数据丢失处理和数据保密的功能，保障了系统数据的安全和稳定性。
2.2.2 烟气脱硝
和上面提到的脱硫系统有很大的不同，因为烟气脱硝中的烟尘含量比烟气脱硫的烟尘含量要高出很多，同时温度可达到500℃，这样恶劣的工作环境，对于设备的耐磨、耐腐蚀、防阻塞、耐高温是很大的考验。同时由于整个设备的安装位置不同，脱硝设备在除尘设备之前而相反的脱硫在其之后，这也导致了两种设备的工作状况有着很大的差异。按照脱硫CEMS系统生产的设备零件在脱硝CEMS系统中往往并不能满足要求。CEMS系统可以保证烟气脱硝在稳定安全的环境下进行，所以要保证CEMS系统有效安全的运行，尽量避免出现问题，在出现问题后也要相处相应对策及时解决。在烟气脱硝中，系统主要需要检测的数据有NOx、NH3 浓度（依据规范，NOx的浓度需要转化为NO2的浓度）、烟气温度、烟气压力、烟气流速、氧气浓度等。在计算机控制部分，一般采用PLC进行控制，需要控制的系统环节主要有：采集、数据处理、吹尘、维护、校正、预警等。当系统处于前五项状态的时候，计算机输出信号保持不变，当系统处于预警状态时，系统应当采取相应的措施处理发现问题的环节。计算机将数据及时的汇总整合上传，以便环保部门对于相关数据进行审核。 2.2.3 其他项目
一般锅炉内会对于氧气和一氧化碳的浓度进行测量，主要是为调查锅炉内的燃烧情况。烟尘的测量主要是为测试除尘器的除尘效果。当前我国还没有对火电厂的二氧化碳和贡的排放提出连续监测的要求，但是一些试点单位已经开始相关的工作。这些试点单位测量工的浓度的主要方法是冷原子吸收分光光度法，而二氧化碳的浓度的测试方法一般与二氧化硫相同，上文已经阐述过，在此不赘述。
3 火电厂CEMS系统应用出现的常见问题及解决方案
3.1 烟气采样系统堵塞的问题
首先，由于烟气采样系统工作的环境较为恶劣，一般的烟气粉尘浓度较高，容易造成系统堵塞情况的发生。所以一般在采集烟气的探头顶部的小孔前，都会安装过滤装置，防止颗粒粉尘进入到采样系统当中，但还是不能完全避免采样装置内部堵塞，而一旦发生堵塞的情况，解决这种问题的就非常困难。下面列举几种常见情况：
（1）烟气中粉尘颗粒含量大，导致过滤器堵塞；
（2）过滤器的孔径选择不合适，造成堵塞；
（3）温度控制不合理，导致采样内部的废气凝结导致堵塞；
（4）清理时间间隔过长，导致堵塞；
（5）采样管道内弯折导致样本流通受阻，从而堵塞；
（6）废气内含有的油成分过多，导致堵塞。
解决问题的主要方法是首先要保证伴热管线的温度，保证管线内的排放物不出现凝结的现象，同时根据实际的排放物的情况，选择合适的过滤器，同时要尽量减少管道的弯曲程度，使样本易于通过，同时固定的清扫管道频率也要满足要求。
3.2 高温问题
由于脱硝系统和脱硫系统的差异性，导致两系统的出烟温度相差很大，一般在200～300℃之间，所以如果要使用原本与脱硫系统一样的脱硝CEMS监测方案，在设备上就要有所差异，例如采样探头和皮托管等都需要采用的是耐高温的材料，这样才能保证整套系统的安全运行，得出的数据也能更加准确。
3.3 腐蚀问题
烟气中含有多种有害物质，所以在采集进行检测的时候可能因为外界条件的变化导致发生反应，生成酸或碱等含有腐蚀性的物质，这样会腐蚀系统内探头、皮托管等材料，导致安全等问题的出现。
解决腐蚀问题要保证伴热管线的温度，保证废气不结露，在材料的选择上选择较为耐腐蚀的材料，例如雪迪龙厂家品牌的哈氏皮托管，型号：PT1-03-L2000在同类型机组中运行使用较好。定期的清扫，同时做好装置的检查和维护工作，特别针对腐蚀现象展开检查，做到早发现早记录早更换。
3.4 设备温度高导致测量数据不准确的问题
CEMS房间空间较小，设备却较多，发热量大，或者CEMS系统房间内空调出现问题，功率小，远远达不到房间内的制冷效果，这会导致导致了设备测量NOX数值不准，上传到环保局的数据也出现异常。
所以为了解决这些问题，应当做好以下几点：
（1）加强脱硫、脱硝CEMS房间的温湿度定期巡检，发现问题及时反馈，并组织进行检修；
（2）脱硫、脱硝CEMS房间的空调应加大定期维护力度，并做好维护记录；
（3）脱硫、脱硝CEMS房间的空调需要冗余配置，制冷量要大，以防夏季气温过热导致设备异常。
3.5 蠕动泵问题
蠕动泵因为长期在荷载作用下工作，因此容易出现蠕动泵转轮经长期运行已出现磨损情况，无法挤压蠕动泵管把水排出，这样会出现转轮变形，挤压不严，排水不畅的问题，保护过滤器装置里已有大量积水，膜式过滤器进水堵塞管路，最终导致数据测量异常，所以应采用较为结实耐用的材料，一般使用的蠕动泵选用的是PVC材质，采用黄铜或不锈钢材料加工转轮来代替它能很好防止这种情况的出现。
3.6 分析仪数据不准确问题
分析仪所在的室内空间较小，可能会出现废气未完全排除，有一部分滞留在室内的情况，这样在对数据与大气内数据进行比对时，可能会造成对于大气测量的这一参照组数据不准确而导致数据测量出现偏差，引起测量数据整体偏小的情况，最好的解决办法是将废气完全排除，并定期做好检查工作，减小由此带来的误差。
4 结语
目前的环境污染问题越来越严峻，所以国家未来对于火电厂等污染较为严重的工业监管力度将越来越严格，所以CEMS作为严格检测火电厂排放的系统，会越来越广泛地被使用，所以如何更好地使用CEMS也是我们需要考虑的问题，在使用的过程中，对于问题要早发现早解决，从根本入手，保证CEMS得出的数据准确、高效，更好地为企业服务，为环保做出贡献。
