污染源排放在線監測是政府環境保護部門控制污染物排放濃度和總量的最重要措施，是環境保護部門進行環境管理的基礎和技術支持。污染源在線監測是污染源排放實時動態監控惟一可行的技術手段，其主要任務是及時、準確地提供各種污染源排放的污染物總量和各種污染物排放濃度的時空分布數據，為環境管理和環境執法提供依據，提高環境監測的效率，提升環保監控的現代化水平，其重要性是不言而喻的，直接關系到“十二五”期間總量減排和污染防治工作開展的效果。

1 煙氣在線監測系統監測參數成分組成

煙氣在線監測系統（continuous emission monitoring system, CEMS）是由顆粒物監測子系統、氣態污染物監測子系統、煙氣排放參數監測子系統、數據處理與傳輸子系統四部分組成。

其中顆粒物監測子系統主要是對排放煙氣中的煙塵濃度進行測量。氣態污染物監測子系統主要對排放煙氣中NOX、SO2、CO、CO2等氣態形式存在的污染物進行監測，目前我國火力發電廠主要對煙氣中的NOX、SO2、CO氣態形式存在的污染物進行檢測、調節。煙氣排放參數子系統主要對排放煙氣的溫度、壓力、流速等參數進行監測。數據處理與傳輸子系統主要完成測量數據的采集、存儲、統計功能，并按照環保相關標準要求的格式將數據傳輸到環境監管部門。

2 CEMS分析儀表測量原理

下面主要針對火電廠重點監測、調節的環保參數涉及的系統進行介紹，即顆粒物監測子系統及氣態污染物監測子系統。

2.1 顆粒物監測原理

顆粒物監測子系統從工作原理上可分為物理法和光學法，光學法又分為透射法、散射法。作為福建省投產的首臺百萬機組神福鴻電采用的就是其中的光學散射法測量，所謂的光學散射法是利用煙氣中粉塵對入射光速的散射作用，被光束照射的顆粒物導致光速折射率變化而發生散射，向儀表內設定方向散射的光被聚焦后經煙塵儀監測探頭檢測，檢測信號與粉塵濃度有一定的函數關系，通過儀表內部計算直接輸出粉塵濃度值。而后向散射法原理測量的粉塵儀由于現場安裝、維護方便的特點，現已成為火電廠粉塵監測采用的主要設備。

2.2 氣態污染物監測原理

氣態污染物監測方式主要有兩種，即直接測量法和抽取測量法，其中抽取采樣法又分為直接抽取法和稀釋抽取法。下面簡單介紹三種方法測量原理：

• 1）直接測量儀表主要由發射裝置和接收裝置兩部分組成，分別安裝在所測煙道統一截面位置，其原理是由發射裝置對準煙道另一側接收裝置發出一束紅外或紫外線，由于氣態污染物的濃度與吸收光線的強度有一定的函數關系，因此通過光的強度可以間接反映出所測氣態污染物濃度。
• 2）直接抽取法主要由帶有加熱器的取樣探頭、具有伴熱功能的煙氣取樣管路、煙氣預處理系統裝置、樣氣分析儀、數據采集處理系統及遠程監測子系統組成。煙氣通過煙道內取樣管進入加熱取樣探頭，再經過濾網過濾掉其中粉塵后進入具有伴熱功能的取樣管路內，送到預處理系統進行加熱處理避免煙氣中帶水影響分析儀測量。
• 3）稀釋抽取法采樣系統是由稀釋探頭、稀釋探頭控制器、空氣發生器、分析儀器、數據采集處理系統及遠程監控子系統等組成。其測量原理采用一定量的經過處理的干燥空氣稀釋煙氣，經稀釋器稀釋的煙氣中水分含量極度降低，因此無需伴熱樣氣管線傳送，可直接送分析儀器進行氣態污染物濃度分析。

2.3 三種方法的優缺點比較

• 直接測量法特點顧名思義就是可以直接測量，安裝設備簡單，成本低廉。但是煙氣溫度變化和取樣探頭的振動幅度都會對污染物濃度測量精度產生影響，故目前新建火電廠都不采納直接測量法測量。
• 直接抽取法測量特點是將樣氣抽取出來然后經過加熱預處理再送到儀表進行分析，避免了煙氣溫度變化和探頭振動對樣氣分析的影響。但是其安裝相對于直接測量法較復雜，成本費較高。
• 稀釋抽取法測量特點是樣氣取樣量小，過濾介質負擔小。但是樣氣不適合低濃度測量，對稀釋氣體質量要求較高，混合比例不均勻、煙氣靜壓、煙氣溫度變化都會影響其檢測結果。

綜合上述三種測量方法特點，目前新型火電機組氣態污染物檢測基本都是采用直接抽取法測量。

3 煙氣低量程儀表監測問題分析

經過一次凈煙氣環保測點移位改造，目前神福鴻電凈煙氣儀表出口CEMS采樣點移位于煙囪109m平臺，測量方法為抽取式原理。測量SO2、NOX、顆粒物三項污染因子、流速和氧量、溫度、壓力配套參數。

凈煙氣CEMS儀表為德國西克GMS810（DEFOR，其中SO2量程為0～75mg/m3并具備0～750mg/m3測量功能；NO量程為0～75mg/m3并具備0～750mg/m3測量功能；氧量量程為0～21%，煙塵儀為德國西克FWE200， 其中最小量程為0～5mg/m3，最大量程為0～200mg/m3。

雙量程改造前脫硫出口CEMS分析儀SO2、NOX量程選用的是0～75mg/m3，可以滿足正常運行時的測量需求。但是在脫硫脫硝系統尚未投入或者退出情況時，煙氣中的SO2、NOX含量非常高，超過75mg/m3，無法正確反映環保數據排放情況，如圖1所示，影響環保局環境管控。

圖1 環保參數量程超限歷史趨勢

為保證煙氣中SO2、NOX能夠實時準確監視，故對儀表進行高低量程改造，當煙氣中氣態污染物超標嚴重時（根據各公司實際情況儀表內部設置濃度臨界點作為高低量程切換條件）自動切換為高量程，避免因低量程超標而影響環保數據監視實時準確性。

4 CEMS儀表高低量程切換改造

環保分析儀表更換為雙量程儀表，儀表自身根據采集氣態污染物實時數據進行模擬量比較判斷輸出一個開關量來作為雙量程中的高低量程切換信號。信號通過隔離繼電器分為三路分別送到脫硫DCS、環保局、中調控制系統。系統根據接收儀表輸出的切換信號來控制高低量程數值轉換輸出。

4.1 雙量程切換方案設計思路

首先將CEMS分析儀表本身雙量程切換信號（SO2量程切換信號、NOX量程切換信號）引出通過中間繼電器分為兩路，一路送至就地PLC上位機，一路送至脫硫DCS。在脫硫DCS相應控制柜中再增加一中間繼電器分為兩路，一路送至脫硫DCS系統開關量輸入卡件，另一路送至中調控制柜。

4.2 雙量程切換方案實施

CEMS小間PLC控制柜內增加卡件DX561，將DX561第一通道定義為SO2量程切換信號，DX561第二通道定義為NOX量程切換信號。CEMS儀表柜內部控制回路增加2個繼電器：1個為SO2高低切換，1個為NOX高低切換。前后兩個切換信號分別從儀表本身控制系統開關量卡件D05、D06通道輸出送至中間繼電器，西克儀表高低量程切換及模擬量信號具體輸出流程如圖2所示。

圖2 高低量程切換及模擬量信號流程圖

3號機組是在脫硫電子間33A控制柜增加1個SM610卡件、1個SM3610卡件，卡件模塊地址定義為27。在33號站27號模塊第一通道新增點，點名為SO2 LCQH。在33號站27號模塊第二通道新增點，點名為NOX LCQH。4號機組送至脫硫DCS控制柜后未經過中間繼電器而是直接接入SM3610卡件，再通過DCS控制站SM3710卡件輸出送至中調控制系統進行邏輯組態。如圖3所示。

圖3 高低量程切換信號輸入輸出卡件

4.3 高低量程切換邏輯框圖

DCS系統、中調系統高低量程切換時通過就地傳輸開關量信號進行邏輯判斷進行選擇，NOX濃度、SO2濃度高低量程切換邏輯框圖分別如圖4、圖5所示。

圖4 NOX濃度高低量程切換邏輯框圖

圖5 SO2濃度高低量程切換邏輯框圖

總結

分析儀經過高低量程改造后，在機組不同工況期間分別進行了在線試驗，高低量程切換信號觸發正常，儀表本身模擬量高低量程切換正常，機組不同工況下環保參數監視正常。如圖6所示。

圖6 環保參數量程超限歷史趨勢

改造后機組已運行多年，環保參數監視效果較好，因此對于超低排放并存在指標超量程無法測量的機組，可以參照神福鴻電改造方式進行優化。