西克麦哈克SMC-9021烟气排放连续监测系统

火力发电厂是排放二氧化硫的主要排放源。二十世纪七十年代一些发达国家就开始对烟气排放的二氧化硫进行监测。烟尘分析对于电厂烟气排放也是一个主要指标。烟气连续监测系统（简称CEMS）是为烟气排放污染物连续监测而专门设计的在线监测系统。下面以西克麦哈克的SMC-9021为例介绍一下CEMS在火电厂的应用。

2. 系统构成

该系统由SO2/O2/NOX分析仪、烟尘仪、流量计、压力变送器、湿度/湿度计及数据处理单元（DAS）组成。见下图：

图1：系统构成图

2.1. 气态污染物监测系统

气态污染物监测系统有三种设计方法：直接抽取法，稀释取样法和现场安装型。对于电厂的脱硫系统过程控制和环境监测，高温处理的直接抽取法是最适合的方法。这种方法的优点是维护方便、校准简单、测量准确。SMC-9021就是这种利用方法。SMC系统采用高温取样，高温输气和快速制冷脱水的方法，保证测量结果的准确性。高温取样探头包括进入烟囱/烟道中的取样管和在烟囱/烟道外的取样过滤器及其恒温控制器。见采样探头示意图。 图2： 采样探头示意图

从烟囱/烟道中通过取样探头抽出的样气通过加热输气管线到达气体分析系统。输气管线是自热式的，利用加热材料的居里点进行控温。

系统的预处理包括压缩机制冷器、泵、取样/校准/反吹电磁阀组、蠕动泵、细过滤器和流量控制器等。压缩机制冷器降温效果好，SMC-9021采用两级制冷，第一级将温度从140℃降至室温，随后经过泵输入到第二级制冷器把温度降到4℃±0.1℃。整个过程的时间小于5秒钟。因此，SO2可以认为没有损失。蠕动泵将冷凝水排出，收集在储液管中。

系统还配备了温度报警、压力报警和湿度报警。对高温取样的状态、取样过滤器的堵塞和冷凝情况进行监控，与取样泵连锁，保证系统取样的准确和仪器工作的可靠性。

2.2. 烟尘测定仪

在线尘监测仪用得最多的是光学方法。其原理分浊度法测量和激光散射法测量两种。FW300设计中对光路采用两种方案，大烟囱采用单光路单光程，小烟囱采用单光路双光程，使量程和精度得到了兼顾。同时在软件设计中引入了消光值差的慨念，使灵敏度又提高了10倍。即0－100mg/m3的测量范围的灵敏度提高到0－10mg/m3。

FW300配备了具有无故障连续工作的特点的2BH13型鼓风机，与清洗连接部件一起使仪器不受烟气的污染，该鼓风机还有故障报警功能。

2.3. 气体流速仪

气体流速测量有三种方法：压差法、热差法和超声波方法。热差法适宜于便携式测量，超声波法测量结果最好，皮托管差压法为常用方法。在此我们采用超声波方法进行气体流速测量。用的是FLOWSIC100UHA SSTi超声波型流量计。测量过程为非接触式，具有较高的测量精度，并可以进行烟气的温度测量。两套超声波的发射器/接收器成直线安装在烟道中，与烟气流向成一定的夹角a，声波的传输时间随气体的流向变化：在与气流方向相同的方向上，传播时间Tv被缩短；在与气流方向相反方向上，传播时间Tr被延长。声波的传输时间随

气体的流向变化；气体流速计算公式为

设烟道横截面积为A，烟气体积流量为：

其中，Vm——测定烟道断面的烟气平均流速

L——超声波在烟道中的传播路径

a——烟道中心线与超声波的传播路径的夹角

Tv——声波顺气流方向在烟道中的传播时间

Tr——声波逆气流方向在烟道中的传播时间

FLOWSIC100UHA SSTi超声波型流量计是通过测量超声波在烟气中顺流和逆流行进的时间差来计算烟气流速，与环境温度、压力及气体的具体成分没有关系，测量精度高。而且，测量所得是烟道横截面的平均流速，代表性很强。超声波发送器用钛制造，探头用SS316制造，耐腐蚀性很好。系统不需要进行反吹，操作简单。结合中国目前CEMS的安装使用情况，超声波流量计的成本过高，在一般电厂又常采用热差法来测量烟气流量。

2.4. 湿度测量

系统采用的是一种高温应用的湿度传感器HMP235，该系列湿度连续监测仪采用电容型传感器，湿度变化引起电容解质介电常数的变化，因而使电容量发生变化，通过测量电容就可以测量湿度。其外型图如下：

图5 湿度仪外形图

2.5. 数据采集系统

系统采用SMC-900型数据采集系统。该采集系统是以数据采集/控制仪为基础建立的，它是以工控机为主体设计的，具有强大的硬件和软件功能。其硬件有：CPU：P4 1.8G或以上、硬盘：40G、内存：256M、光驱：CD-ROM、软驱：3.5”1.44M、显示器：17’纯平、打印机：A4幅面激光打印机、模拟输入：24路4-20mA、状态输入：32路开关量、输入电流：4-20mA、用电量（KVA）：0.2、输入阻抗：250Ω、数字接口：RS232，RS485（可选）。软件主要功能有：使用含氧量计算折算浓度、使用湿度计算干气浓度、使用温度，压力计算标态浓度、计算总排放量、形成实时报表、自动生成日报表，月报表，年报表、记录故障事件、故障报警：声，光、缺失数据的处理、记录校准报告、通过数据通讯终端向上位机传送数据和报表，数据处理和表格型式符合HJ/T76-2001的规定。可以扩充的功能有：对气体分析系统的反吹，校准进行控制。对探头堵塞，加热输气管温度，气体湿度进行连锁控制。显示CEMS的流程图，帮助操作人员了解系统运行情形。形成趋势图，棒图、实现无线通信等。

3. 结论

SMC-9021系统采用全新模块式设计，可以灵活地根据应用场合及用户的具体需要，进行自由设置和组合。系统可提供6种测量模块，可测量多达60种不同气体组分。在电厂运行中系统可与DCS系统连接并在控制室中进行监测。在古交电厂、合山电厂实际应用效果非常好。