电厂工艺过程气体成分在线监测实施方案

电厂工艺过程气体成分在线监测实施方案
随着气体成分监测能力和自动监测技术的日益成熟，气体自动监测系统在全国得到了广泛应用。

当前大型电厂发电机组装机量日益增大，在我国的节能减排工作中占有很重要的比重，要实现发电厂的节能减排，需对其工艺流程中产生的气体成分进行监测分析。

此外，气体成分监测分析对电厂的生产流程优化、安全把控也十分重要。

电厂按燃料划分主要有煤炭发电、生物质发电、沼气发电及天然气发电等，如何正确的选择气体分析仪表，关系到电厂能否准确、可靠及长期的获取电厂运行数据及烟气排放信息。

一、燃煤发电气体监测
在面对节能减排和环境污染日益严重的多重压力下，社会和政府对燃煤电厂排放的关注度越来越高。

在执行国家、地方大区排放标准的基础上，国内部分大型能源集团相继提出了更为严格的超低排放标准，控制烟囱出口，燃煤电厂的烟气排放监测势在必行。

表1、低浓度污染物的排放指标及检测标准
此外，在燃煤电厂高效、安全运行的要求下，还需对CO、O2、CO2等气体的浓度值进行监测分析，如图1可见，燃煤电厂的气体监测点位应设置在以下几个位置：
图1、燃煤发电流程监测点
1　监测点1、2、3：煤仓、渣仓、磨煤机，煤与空气中的O2接触形成CO气体，具有较高的着火或爆炸的危险性，通过在这三个电位安装CO气体浓度监测设备，可快速发现煤粉着火（阴燃、冒烟）发生前的征兆，防止着火或爆炸；
2　监测点4：锅炉出口，通过对CO、O2进行监测分析，计算CO2浓度，从而折算出过量空气系数，根据过量空气系数调节送风量，保证煤炭的完全燃烧；
3　监测点5：脱硫脱硝装置后，总排口前，监测烟气排放前的质量，分析烟气中的SO2、NO x含量是否超标，避免大气污染。

表2、燃煤发电系统监测点仪表选型
二、生物质气化发电气体监测
如图2所示，生物质气化发电由于其工艺要求，气体监测点位一般设置在除焦油设备后以及脱硫设备后。

图2、生物质气化发电流程监测点
1　监测点1：除焦油设备后，焦油影响气化设备的稳定及安全运行，会降低气化气的利用价值。

研究发现，O2含量对气化气及焦油成分有影响，O2含量越高，气化气中可燃气体组分增加，焦油组分相对减少。

但除焦油后气化
气中O2含量的体积百分数如达到6%，会引发爆炸事故，从爆炸极限角度分析，气化气中氧其含量的体积百分数≤3%是安全的。

因此，在此阶段监控气化气中O2含量，可保障安全生产、避免事故发生。

2　监测点2：脱硫箱后，脱硫后的混合气中含有H2、CO、CO2、CH4、C n H m(C2H2、C2H6)等组分，其中H2含量不宜过高，否则会引发爆炸；此外，生物质燃气的热值与混合气中各组分的含量也密切相关。

因此，需实时监测分析生物质合成气中各组分的含量及热值，保证其在合理范围内。

表3、生物质气化发电系统监测点仪表选型
注：在监测点处可以配置沼气分析仪Gasboard-9021，这款在线气体分析仪能针对含尘、含湿、含焦油的特定工况设计，能够在线连续测量煤气、生物燃气热值、以及CO、CO2、CH4、H2、O2等气体体积浓度，有利于提高煤气利用效率、节能降耗、保障工业现场安全。

三、沼气发电气体监测
沼气的主要成分为CH4，还含有CO2、H2、O2、H2S等气体组分，其中值得注意的是CH4和H2S，沼气中CH4的纯度跟沼气的燃烧密切相关，从而影响到沼气的发电效率。

H2S有着较强的腐蚀性与毒性，沼气中如存在大量的H2S不仅在输送的过程中会腐蚀管道，还会使发电机组的寿命受到影响；因此，新生的沼气往往需要脱硫后再向沼气机组输送，其气体监测点位设置如图所示：
图3、沼气发电流程监测点
1　监测点1、2：发酵装置出口，使用户能够第一时间掌握发酵罐厌氧发酵情况，从而能够及时、准确地调节发酵
罐进出料，保障厌氧发酵消化高效、稳定运行，提高产气效率。

2　监测点3：脱硫塔入出口，通过气体监测直观地了解脱硫效率，有依据的进行脱硫工艺调节优化，同时有效降低有毒气体H2S的排放污染，防止H2S腐蚀管道及发电机组。

表4、沼气发电系统监测点仪表选型
注：在监测点处可以配置沼气分析仪Gasboard-3200，这款沼气分析仪能够同时在线测量CO2、H2、O2、H2S等气体浓度，实时获得气体浓度情况，从而有效的进行对发电机内的气体控制，保证排放达到环保标准。

沼气分析仪Gasboard-3200L，采用了国际领先的非分光红外气体分析技术及长寿电化学传感器技术，能够进行多组分测量气体间无交叉干扰，测量准确度高。

相比色谱、奥式等气体分析技术，测量过程无需拆卸安装、耗费化学试剂，操作简单。

机身设计便于携带，可同时满足工业现场测量以及实验室气囊取样分析需求。

四、天然气发电气体监测
天然气发电厂通常采用“燃气——蒸汽联合循环”技术，其发电效率高达58%-60%，几乎无粉尘排放，SO2和NO排放非常低，发同样的电能CO2排放量仅为燃煤电厂的40%左右，是一种非常清洁的发电方式。

根据天然气发电厂的工艺要求，其气体监测点位设置如图所示：
图4、天然气发电流程监测点
1　监测点1：燃气轮机前，在天然气发电机组中对天然气的要求较为严格，CH4体积浓度不低于70%，
H2S≤20mg/Nm³。

在天然气进入燃气轮机时，需对燃气中CH4、H2S、热值进行检测，检测达标的再送入燃气机组，保障燃气机组正常运行；
2　监测点2、3：燃气轮机后，燃气机组在起机和停机时，机组燃烧不充分，会有部分CH4泄漏，与空气混合易引发爆炸，在此点位对CH4进行监测，防止爆炸事故发生；
3　监测点4：余热锅炉排烟处，监测排放烟气中SO2、NO的含量，保证其排放达到环保标准。

表5、天然气发电系统监测点仪表选型
注：在监测点处可以配置红外气体传感器Gasboard-3500，这款红外气体分析仪能够同时在线测量CH4、H2S等气体浓度，实时获得气体浓度情况，从而有效的进行对发电机内的气体控制，保证排放达到环保标准。

红外气体传感器Gasboard-3500，采用了国际领先的非分光红外气体分析技术及长寿电化学传感器技术，能够进行多组分测量气体间无交叉干扰，测量准确度高，具备自诊断功能。

数据管理简捷，可通过多种接口传输到上级集中控制系统。

由于传感器采用双通道设计，使用耐热、耐腐蚀的特种不锈钢。

聚四氟乙烯等材料，其工作性能极其稳定。

本产品还配置了专业化预处理方案、高自动化、低维护，无需人工值守即可实现实时在线检测，能大幅减轻企业成本。

五、结语
从电厂利益出发，对工艺流程中产生的气体成分进行分析监测，一方面可对电厂设备运行等进行指导，使其在最佳状态下运行，以实现更好的经济效益；另一方面，可提供长期、准确的污染物排放数据，并经环保部门验收，以实现更好的社会环境效益。