Hệ thống CEMS là gì?

Hệ thống CEMS là gì?

1. Khái niệm và lịch sử hệ thống CEMS

Hệ thống giám sát khí thải liên tục (CEMS), viết tắt của Continuous Emision Monitoring System thường đề cập đến một cụm hệ thống gồm máy phân tích khí, hệ thống lấy mẫu khí, thiết bị theo dõi nhiệt độ, lưu lượng và nồng độ bụi phát thải của khí thải, tất cả được tích hợp với hệ thống thu thập dữ liệu để chứng minh sự tuân thủ quy định về môi trường của các nguồn gây ô nhiễm không khí công nghiệp khác nhau. CEMS là công cụ hữu ích trong việc thu thập dữ liệu phát thải của quá trình vận hành cũng như kiểm soát tối ưu hóa quy trình. Giám sát phát thải phải chính xác, đáng tin cậy và có thể phức tạp. Đầu trích mẫu phải được thiết kế và chế tạo để cung cấp mẫu vật chính xác, đáng tin cậy, kịp thời mà không bị tắc hay bị ăn mòn theo thời gian. Hệ thống vận chuyển mẫu phải cung cấp mẫu vật chuẩn cho hệ thống máy phân tích mà không làm mất hoặc giảm chất lượng mẫu và hệ thống phân tích cũng phải cung cấp kết quả đáng tin cậy, chính xác đến từng khí được đo, tránh trường hợp chỉ quan tâm đến các kết quả đo quan trọng nhất mà lờ đi sự chính xác của các kết quả đo ít quan trọng hơn.

Các quy định về Hệ thống giám sát khí thải liên tục (CEMS) lần đầu tiên được thiết lập ở Mỹ từ năm 1971.

Ban đầu, các hệ thống CEMS chỉ được áp dụng cho các lò hơi đốt sinh khối hoặc các nhà máy hóa chất. Tuy nhiên, dần dần CEMS đã trở thành một yêu cầu đối với nhiều nhà máy khác như nhà máy nhiệt điện hay điện khí, xi măng v.v. Và cho đến ngày nay, các hệ thống CEMS đã được sử dụng rộng rãi để xác định sự tuân thủ của các nguồn gây ô nhiễm cố định với các giới hạn phát thải của chúng, ví dụ như giới hạn trong việc thiết lập “giới hạn” phát thải trong kiểm soát mưa axit.

Tại Việt Nam, Bộ Tài Nguyên và Môi Trường yêu cầu liên tục giám sát khí thải tại các nhà máy điện chạy bằng than và dầu, nhà máy xi măng, nhà máy đốt chất thải đô thị và chất thải nguy hại, nhà máy giấy, v.v. Dữ liệu phát thải được báo cáo cho BTN&MT để giám sát và có thông báo kịp thời trong trường hợp có các sự cố xảy ra.

2. Yêu cầu thiết kế CEMS:

Rất nhiều nhà máy điện tại Việt Nam có 2 tổ máy với 2 lò hơi và 1 ống khói kép. Các điều kiện khí thải tại mỗi lò sẽ khác nhau tùy thuộc vào việc nhà máy có đang cho vận hành hệ thống FGD (hệ thống khử lưu huỳnh) hay là không. Điều kiện bình thường là FGD đang hoạt động và hoạt động tốt. Các ống khói từ lò 1 và lò 2 thì hoàn toàn tách biệt và rất có thể lò hơi 1 đang vận hành, lò 2 thì không và ngược lại.

Hệ thống CEMS sẽ giám sát các thông số như sau:

SO2, NOx, Bụi, O2, CO, CO2, nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng của dòng khí thải. Phương pháp lấy mẫu chiết xuất thẳng được yêu cầu giám sát liên tục việc lấy mẫu. Ta chỉ cần một hệ thống CEMS chung cho cả 2 tổ máy.

Hệ thống CEMS phải có khả năng quan trắc tự động và liên tục nồng độ bụi, SO2, Nox và có khả năng đo lượng khí thải khô ở điều kiện tiêu chuẩn và hàm lượng O2, CO, CO2 trong khí thải một cách tự động và liên tục. Công ty cổ phần công nghệ và đầu tư Evertech Việt Nam đã và đang cung cấp rất nhiều bộ đo đạc CO, O2, các sản phẩm của chúng tôi được cung cấp trong đường link sau. Bộ giám sát SO2, NOx và bụi của hệ thống CEMS phải đáp ứng yêu cầu của sở, bộ TN &MT. Đơn vị của dữ liệu quan trắc là mg/Nm3 (điều kiện tiêu chuẩn), trong đó các thông số đo thiết bị quan trắc bụi lấy được sẽ được gửi ra theo đơn vị là mg/ Nm3 (điều khiện tiêu chuẩn) sau khi được chuyển đổi và hiệu chuẩn. Tất cả các sản phẩm đo đạc như trên đều được Evertech Việt Nam cung cấp.

Đơn vị lưu lượng được đo bằng đồng hồ đo lưu lượng phải có đơn vị là m3/s (điều kiện tiêu chuẩn), có nghĩa là nhiệt độ, áp suất và độ ẩm của dòng khí sẽ được hiệu chuẩn ngay lập tức.

Máy phân tích SO2/ NOx bắt buộc phải có các chức năng sau: Tự động chuyển đổi phạm vi tất cả các bộ phận chính của thiết bị phải được trang bị hệ thống cảnh báo bất thường. Bộ nhớ và xử lý dữ liệu định kỳ hiểu chuẩn phải được tự động. Mỗi máy phân tích phải gửi tín hiệu điện tỷ lệ thuận với thành phần được theo dõi của khí thải trên cơ sở liên tục. Các tín hiệu đầu ra của khí gây nhiễu, độ ẩm và/hoặc nhiệt độ phải được hiệu chỉnh.

Đối với hệ thống con thu thập dữ liệu (Data Acquisition Subsystem – DAS) của CEMS, nó sẽ giao tiếp với hệ thống thu thập dữ liệu phát thải và hỗ trợ đầy đủ hệ thống phân tích và lấy mẫu. Nó sẽ được kết nối với SIS. DAS của CEMS sẽ tự động hoàn thành xử lý dữ liệu, lập báo cáo và liên lạc từ xa.

Báo cáo kết quả phát thải phải đáp ứng các yêu cầu của bộ TN&MT. DAS có thể kiểm soát hoạt động thường xuyên của CEM, bao gồm chu kỳ hiệu chuẩn tự động và bộ điều khiển, đầu dò hệ thống lấy mẫu thanh lọc ngược tự động. DAS của CEMS phải được hiệu chuẩn tự động và việc hiệu chuẩn được thiết lập bên trong và bên ngoài của DAS. Báo cáo hiệu chuẩn sẽ được in ra tự động.

3. Thiết kế cho các bộ phận phần cứng CEMS

Một phần cứng CEMS khai thác thường bao gồm các hệ thống chính sau: Hệ thống vận chuyển và điều hòa mẫu, hệ thống phân tích khí mẫu, hệ thống thu thập dữ liệu, báo cáo, kiểm soát hệ thống. Theo yêu cầu của CEMS, hình 1 là bố cục lắp đặt tổng thể.

Hình 1: Bố cục thường có của hệ thống CEMS

Từ hình 1, điểm giám sát nằm các chân ống khói 70m. Tất cả các bộ phận phần cứng được cài đặt trên một khu vực sàn bằng phẳng. Chí có một bộ hệ thống CEMS được lắp đặt và có thể tự động chuyển đổi để giám sát khí thải từ 2 lò hơi.

3.1 Hệ thống vận chuyển và điều hòa mẫu

Để theo dõi chính xác dòng khí thải, mẫu khí phải được đưa đến máy phân tích khí một cách kịp thời. Tuy nhiên, máy phân tích khí phải được cung cấp khí sạch để hoạt động đáng tin cậy với mục đích hiệu chuẩn. Trước khi đưa vào máy phân tích khí, khí mẫu thường được lọc và ổn định để loại bỏ các hạt bụi, các hạt vật chất khác và độ ẩm. Tuy nhiên, quá tình này không thể thay đổi thành phần của các loại khí quan tâm trong mẫu khí điều hòa.

Theo yêu cầu thiết kế, một hệ thống vận chuyển mẫu được làm nóng (bao gồm đầu dò được làm nóng, đường dẫn mẫu được làm nóng, bơm và bộ phân phối khí cũng được làm nóng, v.v., như trong Hình 1 được sử dụng. CEMS trên cơ sở khí khô thường bao gồm quá trình lọc sơ cấp và hệ thống mẫu được làm nóng từ điểm lấy mẫu xuống bộ điều hòa khí. Hệ thống mẫu được gia nhiệt để giảm thiểu sự tiếp xúc của các thành phần mẫu hòa tan với chất lỏng ngưng tụ và khả năng loại bỏ chúng khỏi khí mẫu sau đó. Trong bộ ổn định mẫu, hơi ngưng tụ là nước nhanh chóng được loại bỏ và tách ra khỏi mẫu khí.

Để loại bỏ nước ra khỏi mẫu khí, khí được làm lạnh bằng máy lạnh.

3.2 Hệ thống phân tích mẫu khí

Để đo nồng độ của các thành phần khí mẫu, máy phân tích khí đo một số đặc tính vật lý của loại khí được quan tâm, lý tưởng nhất, đặc điểm duy nhất của chỉ khí đó mới có.  Những kỹ thuật như vậy thường bao gồm hấp phụ hồng ngoại và tia cực tím, ion hóa quang hay phát xạ nhiệt, phát xạ photon xúc tác hoặc phát quang hóa học từ phản ứng hóa học hoặc kích thích. Vì hệ thống CEMS tại Việt Nam thường giám sát SO2, Nox, O2, CO, CO2 nên các nhà máy rất hay sử dụng công nghệ phân tích hồng ngoại không phân tán (NDIR).

Tất cả các hợp chất hấp thụ năng lượng ánh sáng ở các bước sóng khác nhau. Máy phân tích NDIR đo lượng năng lượng hồng ngoại hấp thụ được hấp thụ bởi chất gây ô nhiễm đang được đo đạc. NDIR thực hiện điều này bằng cách so sánh 2 chùm sáng. Chùm tia đầu tiên hoạt động như một tham chiếu và đi qua một ô chứa khí không gây ô nhiễm. Chùm tia thứ hai đi qua một ô có chứa khí được lấy mẫu mà có gây ô nhiễm. Sau đó các chùm tia được hướng đến một máy phân tích, máy thu tín hiệu để đo sự khác biệt về độ hấp thụ. Sự chênh lệch giữa 2 chùm tia càng lớn thì nồng độ các chất ô nhiễm đo được trong mẫu khí càng cáo. Máy phân tích NDIR có thể sử dụng một số loại máy dò như máy dò vi dòng hay máy dò trạng thái rắn.

3.3 Hệ thống phân tích máy đo bụi, khí thải và nhiệt độ

Để đo được nồng độ bụi, ta cũng sử dụng phương pháp hồng ngoại. Chùm sáng truyền qua bị suy giảm bởi bụi có trong ống dẫn khí thải. Sự suy giảm này được biểu thị bằng tỷ lệ giữa ánh sáng nhận được và ánh sáng truyền qua là thước đo truyền dẫn và do đó, nó đo được bụi trong ống dẫn.

Các quy trình điều chế và xử lý tín hiệu đặc biệt cho phép đạt được độ nhạy cao hơn nhiều so với các máy đo truyền dẫn có sẵn trước đó và ảnh hưởng tối thiểu của nhiễm bẩn đổi với phép đo truyền dẫn vi sai.

Hình 2: Lắp đặt thiết bị TDLS 8000 trên ống khói

Hình 2 là sự sắp xếp chung của thiết bị đo đạc của công ty Evertech Việt Nam mang tên TDLS 8000, chúng tôi đã có một bài viết chi tiết khác cho quý bạn đọc về sản phẩm này. Mỗi thiết bị TDLS 8000 được gắn với 1 cấp khí thanh lọc(N2) trên các mặt bích được lắp đặt đối diện nhau trong thành ống khói. Bộ gửi (LU Laser Unit)/ nhận (SCU) bao gồm các thành phần quang và điện cần thiết để truyền và nhận chùm sáng hồn ngoại. Nó dễ dàng được căn chỉnh bằng cách sử dụng mặt bích căn chỉnh trục quang (Alignment flange).

Hệ thống CEMS còn rất nhiều các thiết bị phụ trợ khác nhưng trong bài viết này, chúng tôi chỉ đề cập đến những thiết bị chính.

4. Thiết kế phần mềm CEMS

Hệ thống thu thập dữ liệu (DAS) hoạt động như một bộ điều khiển hệ thống cũng như một phương tiện để thu thập và ghi lại dữ liệu. Nó có khả năng hiệu chuẩn hàng ngày, theo dõi các thông số hệ thống quan trọng, tạo cảnh báo và báo cáo cũng như giao tiếp qua mạng của khách hàng. Một phương tiện tính toán thống kế để bảo trì, xác thực dữ liệu và nâng cấp hệ thống trong tương lai nên được bao gồm trong gói.

Để có được dữ liệu CEMS đáng tin cậy, Bộ điều khiển của dự án giao tiếp với DAS và được điều khiển từ bộ điều khiển logic khả trình PLC có bán rất nhiều trên thị trường. PLC/DAS có khả năng lưu trữ dữ liệu tự động và truy xuất tự động trong trường hợp gián đoạn liên lạc giữa DAS và PLC trong ít nhất 168 giờ. PLC truyền dữ liệu từng phút tới DAS. DAS duy trì dữ liệu một phút trong cơ sở dữ liệu mà từ đó các mức trung bình cao hơn được tính toán và lưu trữ. DAS sẽ tính toán tất cả các mức trung bình của dữ liệu lớn hơn 1 phút ngay khi có dữ liệu.

Một phần quan trọng của phần mềm CEMS là cách thiết kế trình tự hiệu chuẩn tự động. Nó được định nghĩa là:

1. Thao tác Blow- Back tùy chọn để loại bỏ khí mẫu ra khỏi thiết bị phân tích

2. Một chu trình các câu lệnh hiệu chuẩn, xác minh (nếu có)

3. Chờ đợi máy phân tích hiệu chuẩn xong

Mỗi bước hiệu chuẩn được định nghĩa là:

+, hoạt động thổi khí thanh lọc vào thiết bị

+, thời gian ổn định khí – cal

+, thời gian kiểm tra các giá trị được đo đạc

+, thời gian giữ giá trị/ trạng thái 30s

Thường thì DAS bao gồm cả một số mức dự phòng. Tất cả hoặc một phần của DAS có thể dư thừa, tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng. Một nguồn điện liên tục hoặc pin của bộ ghi dữ liệu được hỗ trợ gần như là một yêu cầu. Thông thường, hệ thống CEMS sẽ có cấu hình như vậy, các phương thức truyền thông phụ thuộc vào hiện trạng nhà máy và yêu cầu kỹ thuật khác nhau

Hình 3: Tổng quan một hệ thống CEMS

Các hệ thống như DAS, PLC, PC, máy in các bộ phân tích và hệ thống truyền thông đều được Evertech Việt Nam cung cấp trọn gói.

5. Tổng kết:

Việc tích hợp và vận hành thành công một CEMS bắt đầu bằng việc thực hành thiết kế cơ bản phải tốt. Nhà thiết kế phải xem xét nghiêm túc không chỉ các đặc điểm của khu vực lấy mẫu, các thiết bị sẽ được sử dụng mà còn cả khách hàng (bao gồm các công ty kiểm tra bên ngoài và các quan chức quản lý) sẽ chịu trách nhiệm về hệ thống CEMS. Chức năng bền bỉ, độ tin cậy lâu dài đáng tin cậy và thu thập dữ liệu hoàn chỉnh là kết quả của quá trình chuẩn bị cẩn thận lập kế hoạch, có tính đến phần nguồn, khả năng tương thích vật liệu, hệ thống, bảo trì tối thiểu, dự phòng và dễ sử dụng. Những sai lầm đối với hệ thống CEMS thường tốn kém và gây rất nhiều tranh cãi để giải quyết ổn thỏa. Trong đó, đặc điểm nguồn và thành phần trong mẫu khí đóng vai trò rất quan trọng trong việc xác định công nghệ phân tích tốt nhất cũng như lựa chọn phương tiện vận chuyển và điều hòa mẫu.

Mọi thông tin chi tiết về sản phẩm, quý khách hàng vui lòng liên hệ:

CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ VÀ ĐẦU TƯ EVERTECH VIỆT NAM

 Địa Chỉ: Tòa nhà MHDI, số 60 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội

 Phone: 024.8585.2299

 Hotline: 088.604.6088

 Email: sales@evertech.vn

 Website: evertech.vn