烟气脱硫CEMS设计成果

（1）概述

烟气脱硫CEMS的设计，首先要分析不同脱硫工艺的工况条件和烟气样品的组成，进行针对性的系统设计和仪器选型。主要考虑因素包括脱硫前、后烟气的含湿量、颗粒物含量及烟气污染物的浓度。通常湿法脱硫效率高，含湿量高、烟气温度低，烟气污染物的浓度偏低；干法及半干法脱硫效率较低，烟气温度比湿法脱硫要高，含湿量相对要低些，但颗粒物及气态污染物的浓度要高些。需要根据脱硫方式的不同，采用适合的除尘、除湿的手段及选择合适的分析仪器。

湿法脱硫烟气的主要工况参数如下：从电除尘器出来的原烟气温度约130℃左右，经电除尘后的含尘量一般小于100 mg/m3，布袋除尘器后的含尘量一般要小于50 mg/m3，原烟气的含湿量在5%～6%，原烟气的二氧化硫含量在3 000～5 000 mg/m3（视燃煤含硫量及负荷量确定）。脱硫后的净烟气通过GGH加热的烟气温度在80℃左右，不加热的烟气温度在45～52℃，脱硫后净烟气二氧化硫含量约在50 mg/m3，净烟气的含湿量约高达12%以上。

表5.1是只经过除尘而未脱硫的锅炉烟气（脱硫前）和用石灰石/石膏法处理后（脱硫后）烟气的组分含量和其他参数。

表5.1　湿法脱硫前后烟气工况

根据被测参数的要求，湿法烟气脱硫CEMS可采用冷干法抽取式系统，其中SO2/NOx的分析仪器可采用模块化多组分红外气体分析仪，取样处理系统采用常规的电加热过滤取样探头、电伴热传输管线、采用二级除湿、三级除尘过滤（含探头粗过滤），膜式抽气泵及流量压力调节系统等，可满足脱硫FGD入口原烟气及FGD出口净烟气的分析要求。

其中出口净烟气SO2的浓度较低，其常用值≤100 mg/Nm3，需采用灵敏度较高的红外线气体分析仪（测量范围0～200/400 mg/Nm3），满足其分析精度及稳定性要求；烟尘浓度的常用值在50 mg/m3左右，采用后向散射法烟尘浓度监测仪可以满足测量要求；烟气参数的监测可采用常规的温度、压力、流速一体化的流速仪检测；烟气湿度监测可采用阻容法在线湿度仪监测；烟气含氧量通常采用氧化锆氧分析仪，或在多组分红外分析仪中增加电化学氧电池监测模块。

（2）设计要点

烟气脱硫CEMS系统的设计主要包括：烟气取样及样品处理系统的设计，分析技术及仪器的选型设计，其他部分的系统成套，重点是取样及样品处理系统的设计，必须符合烟气脱硫工艺的工况条件及分析仪器对样品的要求。

1）取样及样品传输设计要点

选择适宜的脱硫前/后取样点是烟气脱硫CEMS设计重要环节，应充分了解所选取的取样点及其烟气工艺参数、测量组分的要求；取样点应具有代表性，符合环保标准的规定。

取样探头通常采用电加热过滤保温探头，取样探头的温度设定取决于脱硫烟气的温度及其酸露点，通常脱硫前烟气温度在110～130℃；脱硫后烟气温度经GGH再加热的温度在80℃左右。因此取样探头的加热温度设计在150℃左右，完全可以保证在取样过程中烟气温度在酸露点之上，不会发生冷凝结露现象。过滤器采用碳化硅或不锈钢烧结过滤器，一般过滤精度达到2～5μm。(www.xing528.com)

为防止取样探头被烟尘堵塞，采用预加热的压缩空气定期对探头脉冲反吹，反吹时分别对过滤器进行内吹及外吹。应防止用冷压缩空气反吹，造成探头过滤器局部温度降低，导致烟气产生冷凝水与烟尘结合堵塞过滤器。对样气传输管线加热，也应防止由于局部加热部件损坏导致的“冷区”造成冷凝水产生。由于烟气SO2溶解于冷凝水，生成稀硫酸将会严重腐蚀管线及部件，同时由于烟气SO2溶解于水，还会造成被测SO2浓度降低，产生分析误差。

2）样品处理系统设计要点

脱硫前/后的烟气含尘量及含湿量是样品处理系统设计的重点。脱硫前原烟气的取样点一般选在除尘设备及风机之后，如果除尘设备是三电场的静电除尘器，其除尘出口的烟尘浓度一般在200 mg/Nm3左右，如果采用了布袋除尘器，则烟尘浓度只有20～50 mg/Nm3，原烟气的SO2浓度受燃煤煤种（高硫煤、低硫煤或混合煤）及负荷的影响，一般在3 000～4 000 mg/Nm3。脱硫后的烟尘浓度在湿法脱硫中一般略有下降，而湿法脱硫由于脱硫效率高达95%以上，最高可达98%，因此脱硫后的SO2浓度≤100 mg/Nm3，甚至可低达50 mg/Nm3。

由于湿法脱硫的烟气经过洗涤塔后，处于饱和水气状态，虽然经过两次除雾，并通过GGH将烟气温度升到80℃左右，但是在净烟气中仍存在液滴，含水分量也很高。因此针对脱硫后的样气处理，应通过气溶胶过滤器去除烟气中的液滴并进一步除尘，通过两级除湿器将烟气露点降低到2～3℃，再通过膜式过滤器进行精过滤，包括再次除去微小雾滴。这样可以确保烟气干燥不含水分，保证分析仪器的要求。

3）二氧化硫分析器的选型设计

二氧化硫在线分析技术有红外光谱技术，包括非分散红外、气体过滤相关、傅里叶变换红外光谱；紫外光谱技术，包括紫外吸收、紫外荧光；电化学分析技术等。常用的二氧化硫在线分析仪器大多采用非分散红外气体分析仪。

脱硫CEMS要求对SO2的测量，具有较高的准确度及稳定性。分析仪器应满足低浓度SO2的测量要求，对脱硫后SO2的测量范围，其测量量程应选择在300 mg/Nm3左右（适用新建电厂），最大不超过500 mg/Nm3（适用现有电厂的改造），线性误差应不大于±2%；零点漂移及量程漂移应不大于±2%/7 d。

低浓度SO2的测量，应采用高灵敏度的红外吸收法仪器，关键是消除烟气含水分对SO2的干扰，如果将烟气含水量降低到-20℃露点左右，完全可以消除水分的干扰。有的红外分析仪可以同时测量烟气中的SO2和H2O，在SO2测量结果中扣除水分的影响。

对低浓度SO2的测量，也可采用紫外差分吸收法光谱仪器，该仪器配套热湿法采样处理系统，由于水分几乎不吸收紫外光，可以消除水分的影响。

4）脱硫后烟气含尘量及含水分量的监测分析

对脱硫后烟气含尘量及含水分量的监测也有较大难度，对低含尘量的监测，采用后向散射法测量灵敏度较高，可能存在的问题是烟气中含有较多液滴，直接影响对烟尘的检测。

对脱硫后高含量水分的测定，由于液滴及烟尘对传感器的腐蚀及堵塞，会影响其测量结果，目前采用的阻容法湿度计测量烟气水分，采取了加热及反吹等保护措施，使传感器的寿命得到延长，但是阻容法的测量误差较大。干湿氧计算法对含湿量的测量在国外应用比较普遍，特别是在抽取法中，用同一台氧化锆氧分析器测量除湿前后的干湿氧计算水分含量，其测量比较准确。