四方仪器|沼气发电系统如何进行监测仪表选型

　　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GX、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、NOx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、CnHm(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**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GX、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xian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xian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**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。