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发展锅炉烟气排放连续监测系统(CEMS)的若干关键问题

2023-04-25 来源:爱go旅游网
维普资讯 http://www.cqvip.com 2002年9月 无锡商业职业技术学院学报 Journal of Wuxi Vocational Institute of Commercial Technology Sep. ̄2oo2 Vo1.2 NO.3 第2卷第3期 【科学技术研究与应用】 发展锅炉烟气排放连续监测系统(CEMS) 的若干关键问题① 韩宏峰 (中国航天科工集团二院四部,北京100854) [摘要】CEMS在国内发展之路是曲折的,因此在今后的发展过程中应特别注意适应性问题,政策法规、标准 与验收问题,安装位置问题,在线标校问题,参与方法(设备)的性能提高问题,运行与维护问题。 [关键词】烟气排放连续监测系统;CEMS;产业化;问题 【中图分类号】TK227.6 【文献标识码】A 【文章编号】1671—4806(2002)03—001—04 Some Key Problems in Developing Boiler Flue Gas Continuous Emission Monitoring System HAN Hong—feng f The 4th Department of the 2nd Research Institute,China Space Science and Engineering Complex,Be ng 100854,Chia)n Abstract:The development of continuous emission monitoring system,which is of no easy job in China,has to deal with the following problems:adaptability;local laws and regulations,standard and acceptance check;installation posiiton;on— line calibration;performance of the equipment used to take samples for examination and test;operation and maintenance. Key Words:flue gas continuous emission monitoring system;CEMS;scale production;problems CEMS(Continuous Emission Monitoring System)又称为“烟气排放连续监测系统”,它是对大气固定污染 源(如锅炉等)排放的烟尘、气态污染物(包括SO:、NOx等)进行排放浓度连续监测,同时还连续测量烟气温 度、烟气压力、烟气流速、烟气含氧量等参量,用于浓度折算和排放总量计算。 CEMS最早是从西方工业国家发展起来的,至今已有3O多年的历史,从上个世纪9O年代开始,逐渐进 入到我国,目前在国内正处于迅猛发展之中。 一、国内CEMS的发展回顾 我国能源的70%来源于燃煤,燃煤释放的烟尘、二氧化硫构成了污染大气环境的首要污染物,其中二 氧化硫的排放量居世界前列。 虽然我国的环境污染问题比较严重,但国内对于大气污染的管理和防治比起 欧美等国滞后了许多年,其中很重要的原因是管理和立法没有跟上。尽管国外先进国家在这方面已经有了 多年实践经验和可操作性极强的法规与标准,但其涉及多学科领域,技术难度很大,在国内基本上还是空 白,中国的’CEMS走了一条曲折的道路。大致可分成:市场调研阶段、全套引进进口设备阶段、匆忙上马阶 段及统一认识和法规完善等四个阶段。 在市场调研阶段,北京航天益来公司于1994年中标获得联合国环保基金25万美元赠款,开始研究论 证CEMS项目的可行性,他们得出的结论是:我国技术落后,CEMS尚属空白,没有市场需求,引进技术的投 资太大,可以进行预先研究,等待市场成熟。 在全套设备引进阶段,从1996开始的三年内火电厂共安装了约40套CEMS进口设备,经调查发现使 用情况不尽人意:三分之一能运行,三分之一间断运行,三分之一根本无法运行。 【收稿日期】2002—03—10 【作者简介】韩宏峰(1962一),男,北京人,中国航天科工集团研究员。中国电机工程学会热电专委会自动化分专业委 员会主任。 ①本文受到国家863计划CEMS项目课题资助,本刊发表时有删节。 维普资讯 http://www.cqvip.com 在匆忙上马阶段的1999年,北京市政府强调制定四环路以内20t/h以上锅炉必须安装CEMS。它的出 台,使1999年北京CEMS市场异常火爆,当年安装的CEMS有数十套之多,生产厂家涉及十几个。但是由 于可操作法规与标准的不完善,使得1999年在北京市安装的全部CEMS中,只有航天益来的CYA一 200CEMS通过了国家环保局的检定。 在统一认识和法规完善阶段,国家出台了许多相关的法律法规,其中1999年,国家环保局发布新的标 准《锅炉大气污染物排放标准》,并于2000年3月1日实施,规定全国新上20t/h以上锅炉必须安装 CEMS。2001年9月,全国实行新的国家大气法,规定超标违法、总量控制和零点排污收费。同时国家环保 总局对于CEMS技术的推荐性标准近期颁布,北京市也相应出台了CEMS验收的暂行规定,这些都对 CEMS的规范和发展起到了积极的促进作用。全国各地方政府也在国家标准的基础上逐步完善本地的相 关法规,虽然进展速度不同,但是大家统一了认识:CEMS的发展没有捷径可走;必须制定可操作性极强的 法规与标准,国外技术并不一定都适应中国的国情;必须在大量资金的支持下,由有雄厚技术实力的公司 来进行CEMS的国产化,并进行大批量的生产,提供规模化的服务。 从CEMS发展的情况看,CEMS在国内发展之路是曲折的,中间经历了许多的反反复复,所幸的是目前 已经慢慢走向正轨。在CEMS的国内应用中暴露的许多严重问题,应该引起我们的注意,这其中有技术方 面的原因,也有政策法规的原因,如果在今后的工作中不对其加以注意,那么CEMS在国内的发展还要走 一些弯路。 二、CEMS发展中的若干关键问题 1.适应性问题 CEMS在国内应用面临的首要也是最大的问题就是适应性问题,CEMS必须具备在国内烟气中高尘、 高湿的恶劣环境下连续稳定工作的性能,同时又要求CEMS有规范的服务体系。 目前CEMS从技术上分为直接测量法、完全抽取法和稀释测量法,这三种方法在西方发达国家都行得 通,但是到了国内,直接测量法、完全抽取法却遇到了棘手的问题——国内高尘、高湿的烟气。由于国内的 烟尘排放超标浓度大约在150mg/m 一200mg/m ,而西方国家的烟尘排放超标浓度在50mg/m 左右,实际 他们的排放浓度绝大多数是在20mg/m 一30mg/m ,甚至更低。在这种情况下如果直接测量法和完全抽取 法在西方国家连续运行时间是3个月,在国内则可能会是2个星期,如果不进行维护则CEMS会出现很大 误差,甚至停止工作,而这种维护的工作量是非常大的。而稀释法的最大特点是采样量极小,同时因为它是 将高尘、高湿的烟气和稀释气按照恒定的比例进行混合,典型的比例是1:100,也就是说将烟气中的烟尘 浓度降低了100倍,同时含湿量也降低了100倍,这样就较好地解决了国内高尘、高湿烟气带来的一系列 问题。 2.政策法规、标准与验收问题 对照CEMS最发达的美国,我们发现CEMS广泛应用是在美国环保局强制规定在某些排放源安装 CEMS后才开始的,也就是说CEMS的发展必定和行政性的政策法规紧密相连,即首先是政府的行为才能 推动它的发展。不仅是美国,其他西方国家的情况也是如此,我国也不例外。 从CEMS在国内缓慢的发展情况看,可以毫不夸张的说,政策法规的滞后严重阻碍了CEMS的发展。 国内对CEMS的深入研究是在90年代以后,大家学习和参考的对象主要是美国。虽然有单位已经进行样 机的引进和试制,但由于没有相应的政策支持,觉得市场前景不大而停止了研制工作。直到1996年我国才 开始制定《火电厂大气污染排放标准》,并第一次明确地提出安装CEMS,以后又陆续颁布了一些政策法规, CEMS的现状才发生改变,这些都得益于政府部门对环境保护的日益重视。在符合条件的固定污染源上安 装CEMS,国家的这些强制性要求,促进了CEMS在国内的安装。 随着CEMS在国内的安装应用,我们又遇到了新的问题:政府规定了在固定污染源上安装,但是没有 相应的技术标准来规定CEMS应该包含哪些仪器设备、测量哪些参数、如何安装、安装完成以后应该怎样 进行验收,致使早期安装的一些CEMS鱼目混珠。幸好最近颁布了两个行业标准,一个是I-/J/T76--2001 《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》,另一个是HJ/T75--2001(火电厂烟气排放连 2 维普资讯 http://www.cqvip.com 续监测技术规范》,这两个标准将为规范CEMS的技术和发展起到关键作用。遗憾的是,这两个标准由同一 部门同时发布、同时执行,适用范围有重叠,却在技术要求上不一致,将导致执行上的困难。 行政性的政策法规和CEMS的技术标准之间是相辅相成的,两者的发展若不同步则会严重阻碍CEMS 的发展,国外的历史也证明了可操作性的法规与标准对它的重要性。CEMS在发展的过程中,政策法规的 相应变动会促进技术标准的修订,从而导致技术上和工程上的改进,反之亦然。 3.安装位置问题 美国EPA标准除了对安装的对象、测量参数、系统的技术性能做了详尽的规定,还对安装的位置和方 式有详细的说明。针对I时段和II时段的锅炉,美国对于这两者的各种组合进行了分别的说明,对于全部 是I时段或II时段的锅炉可以安装在烟囱上,而对于两者交叉的情况分不同种类可以安装在烟囱或烟道 上,在美国EPA标准40CFR第一章第75部分第16节对上述情况作了详细的说明。 另一个问题是烟道或烟囱直行程段长度不符合要求时,如何处理。美国EPA标准40CFR 75的规定 是:业主或营运者应就本项问题向地方主管部门提出特殊申请,而地方主管部门的答复应是下列方式之 一:安装整流系统;增加测点;重建一个新的烟道或烟囱。 4.在线标校问题 CEMS中的测量仪器属于一种计量器具,最终目的是为了测量排污量并进行收费,所以测量仪器的准 确性是非常重要的。同时CEMS中的大部分仪器都是应用光学原理进行测量的,在实际应用的过程中,这 些仪器每天必然会出现零点和量程漂移,这些漂移与一般的测量温度、压力、流量的计量仪表相比,不在一 个数量级上,后者的漂移是每年1%的水平,而前者是每周(甚至每天)1%的水平,从而导致测量出现误 差。如果不进行标校,最终的排污收费是建立在一个错误的测量结果上,这对安装CEMS的用户来说是不 公平的,所以CEMS必须进行标校,即对测量系统进行零点和满量程的校准。美国保护局对此有一套关于 CEMS在线标校的规定,对于系统标校的方法、时间等作了详细的规定。下文就是摘自美国EPA标准 40CFR第75部分附录A中2.2.1小节(7—1—98版)的内容: “设计各安装污染物浓度和CO:或O:的监测系统,必须留有标气人口以便通过标气对全部的测量系 统进行校准。对于完全抽取法和稀释法,所有的测量元件必须充满标气(例如采样管线、过滤器、调节器以 及实际用到的所有探头部分)。对于直接测量法,校准必须用标气来对所有实际测量中用到的电子和光学 的元件进行校准(例如传感器、探测器、分析仪等)。设计各安装污染物浓度和COz或Oz的监测系统,必须 能够每天进行零点和满量程的校准误差,这些规定详见本附录的5.2部分。” 从上述文字中,我们可以很清楚地得出两点结论:第一,无论什么方法标校必须用标气来完成;第二, 标校是对测量系统的全系统进行校准,而不是其中的一部分。对于有些直接测量法的标校是用光学器件进 行标校,对此EPA的标准是否定的,同时否定的还有在测量路径上安装一个样气单元进行标校,因为这些 方式都不符合上述两点。 5.参比方法(设备)的性能提高问题 目前国内的参比方法还是沿用传统的方式,用人工的方法进行采样和测定,通过实验和计算才能得出 结果,不仅耗费大量的人力和物力,而且参比试验的结果不能马上出来,缺乏实时性,同时实验的设备也是 多年不变。用人工的方法进行参比,与CEMS相比最终的结果会存在较大误差:由于工作人员用手动的方 法进行采样,所以不能做到长期的连续监测;同时试验的结果必须在试验室测试并经过计算才能得出。用 测量精度较差的仪器来检验测量精度高的仪器,用无法连续监测的仪器来检验连续监测的仪器,本身就存 在很多问题。而在美国,EPA是用连续监测的方法来检验CEMS,这样得出的结果更有说服力。 6.运行与维护问题 对于一套设计良好的CEMS,不仅能够准确地测量参数,还能够在各种条件下连续稳定地运行,设备可 靠,操作简便,维护工作简单,维护量小。比如发生停电事故,在供电恢复以后系统应能自动恢复正常工作, 而不需要任何人工辅助。任何系统的运行都是需要维护的,对于CEMS来说也不例外。只有维护简单、维护 量小的CEMS才更有生命力。 3 维普资讯 http://www.cqvip.com 但是维护量小并不是不需要维护,对比国内早期在电厂安装的设备,稀释法没有正常运行的很大原因 是运行管理中的问题,缺乏有效的维护。对于用户,只有制定相关的运行和维护程序,才能更好地、更长期 地使CEMS正常地运行。 国家环保局发布的新标准《锅炉大气污染物排放标准》于2000年3月1日实施,规定全国新上20t/h 以上锅炉必须安装CEMS,老的锅炉应逐步安装。人大通过的《大气污染防治法》,于2000年9月1日起实 施,它的核心归结为三点:超标违法、总量控制和零点排污收费。这些都为CEMS带来发展的良好契机。 今后五年内,CEMS的市场容量大约在100套/年一1000套/年的水平上,高峰期预计不会超过2000 套/年。“规模出效益”,所以CEMS肯定要进行产业化,这只有在一个良好的环境下才能完成。现在国内 CEMS的政策法规、技术标准、市场需求在逐步完善,正是发展的良好阶段。以往国内的一些企业走的是两 条对立的技术路线,一种是全部独立开发,由于缺乏资金和技术实力,结果是低水平、走弯路、产品至今不 能使用;另一种是是搞科研成果,而不是搞商品化。这两种方法在实际的应用中都行不通。我们应该是学 习、消化、吸收、改进、提高国外的先进技术,尽可能避免相同的错误,尽量缩短我们和国外发达国家之间的 差距,同时不宜一味降低我们自己的技术要求和标准,迁就自己的产品,这样只能增大同国外的差距。正因 为如此,国家将CEMS课题列入“十五”863高技术计划,提出了研制具有国际先进水平的新一代CEMS并 形成国家级研发生产基地的目标。 由于CEMS是一种高科技产品,前期的研究开发费用比较高,CEMS要进行产业化之路肯定需要大量 资金的注入。“人世”之后,国内的企业将会面临国外企业的激烈竞争,不论是从资金还是从技术实力上我 们都处于劣势。我们必须承认国外先进的技术和完善的政策法规,应该正视我们和国外的差距,只有瞄准 国外领先我们的地方,才能不断完善自己,在以后的竞争中占据一席之地。 [ 参考文 献 】 【1]国家环境保护局.固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法【S].1996—03—06发布. 【2]国家环境保护局.火电厂大气污染物排放标准【s].1996—03—07发布. 【3]国家环境保护总局.锅炉大气污染物排放标准【S].1999—12—03发布. 【4]国家环境保护总局.HJ/T76—2OO1《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》【s].2002—01—01实施 【5]国家环境保护总局.HJ/T75—2OO1《火电厂烟气排放连续监测技术规范》【s].2002—01—01实施. [编辑:林钢】 4 

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