垃圾焚燒煙氣排放連續監測系統的應用

　　隨著我國經濟的飛速發展和城鎮化的推進，城市生活垃圾量顯著增長，但我國城市生活垃圾清運系統發展滯后，大量城市生活垃圾未能進行有效的集中收集、清運和無害化處理，導致垃圾積累堆存規模巨大。垃圾焚燒是指將垃圾置于850℃以上高溫環境中，使垃圾中的活性成分經過氧化轉化成性質穩定的殘渣，釋放熱量并用于供熱及發電，具有能量利用效率高、對環境造成影響小、占地面積小等優點。

　　據不完全統計，2018年初，全國垃圾焚燒發電裝機容量超過680萬千瓦，年發電量超過350億千瓦時，年垃圾處理量超過1.05億噸，占全國城鎮垃圾清運量的比重為35%以上。 根據《生物質能發展“十三五”規劃》，到2020年我國城鎮生活垃圾焚燒發電裝機容量要達到750萬千瓦；《可再生能源發展“十三五”規劃實施的指導意見》也明確了垃圾焚燒發電“十三五”規劃布局，明確在30個省（直轄市、自治區）及新疆生產建設兵團布局529個垃圾焚燒發電項目，裝機容量1022萬千瓦。

　　2018年實施了一系列新的標準規范，例如《生活垃圾焚燒固定源煙氣（顆粒物、SO2、NOX、HCl、CO）排放連續監測系統技術要求及檢測方法》（HJC-ZY80-2017）、國家環保總局頒布的HJ75-2017《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》和HJ76-2017《固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法》等，對系統設計、安裝驗收、運行維護等環節提供了監督和指導作用。本文以PS7400-F排放連續監測系統為例闡述CEMS的工程設計思路，總結CEMS設計、施工及運行維護的注意事項，希望對城市生活垃圾焚燒發電工程CEMS全生命周期的設計、施工及運行維護工作有所幫助[1]。

　　1.系統介紹

　　1.1系統用途和說明

　　PS7400-F煙氣排放連續監測系統，是專門用于氣體組份分析的成套設備，基于傅里葉紅外變換原理的多組分在線連續監測的系統，廣泛應用于垃圾處理，包括鍋爐、工業爐窯、焚燒爐等氣體連續排放監測，監測組分有SO2、HF、HCL、NOx、CO、CO2、NH3、H2O等。

　　樣品氣經過取樣探頭過濾和一體化電伴熱管輸送到系統預處理，預處理后的樣氣再進入分析儀，得到測量值。從取樣探頭至儀表氣室全程加熱保溫在180℃，高溫下連續工作的煙氣監測系統[2]。無冷凝技術能夠更好的適應水份含量重且樣氣中有強腐蝕氣體的垃圾焚燒爐工藝尾氣，確保了工藝煙道中各監測組份氣體測量值不失真。高溫取樣同時避免了樣氣溶于水后對系統及儀表造成的腐蝕，大大提高了整套氣體分析儀連續、穩定的運行時間。

　　1.2系統組成

　　系統主要由探頭單元、吹掃單元、采樣傳輸單元、樣氣處理單元、儀表單元、電源分配模塊、通訊模塊、溫度控制模塊、PLC控制器、數采儀、上位機等組成。其中，分析儀采用紅外光譜技術，溫度流一體測量儀集成有溫度、壓力、流速測量模塊，能同時測量煙道內的壓力、溫度、流速，流速測量為皮托管原理。

　　1.3通訊和數據存儲

　　系統充分考慮了生產數據的真實性和傳輸可靠性[3]，SR20-PLC提供MODBUSRS485協議，用于連接數采儀；SR40-PLC提供S7-TCP協議(轉接到交換機)，用于上位機DAS（工控機）連接；DAS預留MODBUS RS232協議，用于大屏或DCS連接。按照HJ75、HJ76國標要求，設計符合要求的DAS軟件，完成分鐘、五分鐘、日、月、年報表的數據和系統狀態標志位記錄，提供歷史數據、狀態信息、操作記錄等查詢功能。

　　2.系統安裝

　　設備安裝環境條件必須符合設備工作條件，需要考慮設備外部尺寸及與墻體的距離，安裝位置盡可能減小振動，靠近采樣點，樣氣能以最短的氣路進入系統，廢氣能以最短的氣路排出。為防止煙道中的粉塵堆積在法蘭口，在法蘭焊接于煙道時，探頭法蘭應有5-15°的傾斜。系統配備的采樣管是電加熱一體化伴熱管，內部集成有三根?6聚四氟乙烯管以及一根電伴熱帶。為了避免信號干擾，電磁閥吹掃控制線、加熱電源線、測溫電阻線和現場儀表模擬量信號線應該分開單獨布線。

　　3.系統運行

　　系統供給的壓縮空氣（氮氣）壓力在0.5-0.8MPa,壓縮空氣（氮氣）中必須保證無水、無油、無塵，否則會損壞儀表。調節儀表吹掃流量200-250L/H左右，調節樣氣流量達到200L/H左右，設定加熱溫度為180℃，打開加熱部件的電源，保證溫度穩定在180℃左右。

　　系統正常運行時，系統執行采樣和探頭清潔操作；系統維護時，通過本地/遠程進零氣/標氣對系統進行相關校正、校驗等維護工作。系統具備零點自動校準功能，可以設定周期性自動通過傅里葉紅外吹掃單元產出的零氣進行零點校準，這樣即減少了系統對N2的需求，降低成本，也提高了系統的分析精度，減少了漂移的影響。系統帶有故障報警功能，全程溫度低于170℃或者高于200℃、氣室壓力高于或者低于設定值、儀表吹掃流量異常等都會觸發系統的報警，自動觸發系統保護機制和自恢復后自啟動的功能。

　　4.系統維護

　　每日巡檢對空氣除水凈化器進行排水、氣源壓力（0.4-0.6MPa）檢查、質量確認（無水、無油、無塵），如果過濾芯顏色異常需要立即關閉光學吹掃流量計，否則會導致儀表損壞；觀察樣品流量當前值是否為200±1L/H，定期檢查探頭濾芯有無堵塞；觀察各加熱部件溫度、氣室壓力、儀器吹掃流量、自動校零是否正常。

　　5.垃圾焚燒排放連續監測系統的技術發展

　　傅立葉變換紅外分析(簡稱FT-IR)系統[4]具有濕法分析、多組份監測、低檢測限和極寬的動態測量范圍性能，FTIR是一種用來獲得固體、液體、氣體的紅外線吸收光譜和放射光譜的技術，同時收集一個大范圍范圍內的光譜數據，這給予了在小范圍波長內測量強度的色散光譜儀一個顯著的優勢。隨著傅里葉轉換紅外技術的發展，采樣系統的不斷完善，分析數據可靠性和準確性的不斷提高，將會為垃圾焚燒排放連續監測系統技術的發展提供更可靠的支持和保障。