便携式烟气分析系统在燃煤电厂CE MS比对监测中的应用

宋钊

(上海市环境监测中心,上海 200030)

便携式烟气分析系统在燃煤电厂CE MS比对监测中的应用

宋钊

(上海市环境监测中心,上海 200030)

按照《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》(HT/T 75-2007)的要求,以 Testo 350XL分析系统为例,介绍了便携式烟气分析系统在燃煤电厂 CEMS比对监测的流程,分析实际监测中存在问题,提出了注意事项。

烟气分析;电厂;烟气排放连续监测系统

0 引言

目前,我国的能源供应以煤炭为主,而其中约一半的煤炭用于火力发电。据统计,2007年我国火电行业的 SO2、NOx以及烟尘排放量分别占全国总排放量的 42.5%、49.4%和 30.1%[1]。火电厂烟气排放连续监测系统 (Continuous Emission Monitoring System,简称 CEMS)已日益成为环境保护部门全面掌握燃煤电厂污染物排放总量的重要依据。经过环境监测机构比对监测合格并正常运行的CEMS系统,其出具的数据可以作为排污申报核定、排污许可证发放、总量控制、环境统计、排污费征收和现场执法等环境监督管理的依据[2]。而作为判定CEMS系统数据可靠性的手工比对监测已成为各级环境监测部门日常工作的重点。

1 比对监测内容及相关方法

按照《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》(HJ/T 75-2007)的要求,比对监测项目包括烟尘(颗粒物)、流速、二氧化硫、氮氧化物、氧量、温度等。其中,颗粒物和流速的比对大部分环境监测站均使用自动烟尘采样仪根据《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T 16157-1996)进行,SO2等气态污染物一般使用基于定电位电解、非分散红外或傅利叶红外等原理的便携式仪器进行比对。定电位电解法仪器由于相对其他原理的监测仪器具有便携性好、响应时间快、维护保养简单、价格适中等特点已被国内大部分环境监测站用于CEMS比对监测工作中。

2 基于定电位点解法烟气分析仪介绍

以目前国内各级环境监测站普遍使用的 Testo 350XL便携式烟气分析系统为例进行说明,该系统由控制系统、测量系统、烟气取样系统三部分组成,分别是手操器、分析盒及烟气探针。

2.1 控制系统

在 Testo 350XL便携式烟气分析系统中,可拆卸的手操器控制整个测量系统,显示测量数据并配备一体化打印机,实现现场打印测量数据。也可以通过外接插口连接电脑,使用 Testo Easy Emission软件连接电脑进行实时控制系统或处理数据。

2.2 测量系统

Testo 350XL分析盒最多可测量 6组分的烟气,可以根据需要选择 SO2、O2、NO、NO2、CO等传感器。烟气经取样系统首先进入过滤器,预先去除颗粒物,然后进入分析盒内置的帕尔帖气体预处理装置,经急速冷却后实现气、水分离,冷凝水由专用蠕动泵抽出,干燥烟气进入传感器进行测量。其动力系统的隔膜泵能够在电厂烟道气负压较大的情况下保证气体采集流量的恒定;分析盒内置充电电池,便于现场无外接电源时使用。

2.3 烟气取样系统

燃煤电厂经湿法脱硫后的烟气具有温度低、湿度大、SO2浓度低等特点。普通采样枪在采集烟气时,会有部分 SO2溶于附着在采样枪管壁上的水滴中导致进入分析盒内的 SO2减少,从而造成测量精度的降低[3]。Testo 350XL分析系统采用加热采样枪配合特氟龙伴热管的取样系统,以保证烟气在进入分析盒前的温度高于露点温度,极大地降低了管路中 SO2溶于水的可能性,而进入分析盒后的烟气通过帕尔帖气体预处理装置去除水分。

2.4 测量的精密度及准确性

罗暾[4]研究表明,Testo 350XL分析系统对高、低两种质量浓度的测量值与标气质量浓度相当接近,相对误差一般在 10%以下,RSD在 2%以下,测量结果的准确度和精密度都较好。在与 SO2的自动滴定碘量法、甲醛缓冲溶液吸收 -盐酸副玫瑰苯胺分光光度法及NOx的用盐酸萘乙二胺分光光度法的对比试验中,测试值与化学吸收法之间比较吻合,说明该分析系统的可信度高。

3 CEM S比对监测实例分析

3.1 试验条件

选取上海某燃煤电厂 600MW燃煤发电机组为实测对象。CEMS系统为 HP5000型非抽取式直接测量仪,其原理是将光束直接照射在流动的烟气上,利用气态污染物特征吸收光谱直接进行测量。CEMS测试系统及手工比对监测孔均位于湿法脱硫后最终排放的垂直烟囱上。

3.2 试验内容

比对监测期间,锅炉满负荷稳定运行,电除尘器及湿法脱硫装置运行正常,脱硫系统未安装 GGH,烟气含湿量约在 12%左右,烟气温度在 55℃左右。按照《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》(HJ/T 75-2007)中的要求,比对项目为 SO2、NOx、O2和温度,参比方法:每组测试时间为 5min。重复获得 9组测试数据并与同时段烟气CEMS的分钟平均值进行准确度计算。

3.2.1 比对前准备

测试前,确认 Testo 350XL便携式烟气分析系统气密性良好,抽气流量稳定。将烟气取样系统放入比对监测孔并封闭,连接电源预热系统。打开 Testo 350XL便携式烟气分析系统主机,完成传感器调零后,调整时钟时间与 CEMS系统同步。然后在主程序中选择“Memory菜单中的 Program”,进行测量程序的设置。Testo 350XL便携式烟气分析系统默认数据采集频率为 1 s,选择“Set data acquisition rate (设置数据采集速率)”为 60 s,“#/values saved(保存测试数据)”为 5,“Sample time(采样时间)”根据采集总时间确定,“Rinse time(清洗时间)”为每组测试后传感器清洗时间,设置为 5min。参数设置完毕后,准备进入正式比对监测。

3.2.2 比对监测

将便携式烟气分析盒与烟气采样系统连接,确定采样枪及加热软管温度正常后进入普通测量界面,从手操器上观察实时数据情况,待数据基本稳定后进入程序测量,开始正式测试。比对测试结果及相关计算数据详见表 1。

3.2.3 比对监测时注意事项

(1)Testo 350XL分析系统开机设置完成后,先进入普通测量界面,通入与待测烟气浓度接近的一级标准气体,如仪器显示值与标准气体值相对误差小于 5%,即认为仪器稳定;如相对误差超出 5%则立即进入传感器标定界面将仪器标定至要求范围内。结束后,再次通入标准气体,如示值误差小于5%,则认为本次测量数据有效。

(2)Testo 350XL分析系统测试时,应一次开机直至测试完全结束,中途不能关机重新启动以免仪器零点变化,影响测试准确性。

(3)烟道内烟气成分复杂,测试期间应随时注意 Testo 350XL抽气流量情况,正常抽气流量应该在 0.7～1.2L/min之间,流量过低或过高时及时检查系统是否有堵塞等异常情况。

(4)Testo 350XL分析系统测试结束后,将采样枪从烟道拔出,置于清洁空气中,吹扫管路及传感器等系统至接近环境本底浓度后关机。

3.3 结果分析

比对监测准确度计算结果见表 1。从表 1可以看出,CEMS方法与参比方法数据对之间 SO2平均值的绝对误差为 0,NOx相对准确度为 2.0%,O2的相对准确度为 6.0%,温度的绝对误差为 0。CEMS系统数据均符合《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》(HJ/T 75-2007)中对于气态污染物及相关参数的技术指标要求。

表1 CEMS法与参比方法数据比较

4 结语

比对监测作为一项对于CEMS系统准确性测试的重要手段,已成为各级环境监测部门日常工作的重点。通过对基于定点位电解法原理的 Testo 350XL便携式烟气分析系统在燃煤电厂的实际应用表明,该系统良好的人机交互界面及稳定的烟气预处理、分析系统,能够在湿度较大、二氧化硫较低浓度的工况下,保证测试的准确性,降低劳动强度,具有较好的应用价值。

[1]潘玲颖,麻林巍,周喆,等.2030年中国煤电 SO2和 NOx排放总量的情况研究[J].动力工程学报,2010,30(5):378-383.

[2]常为民,刘宁锴,沈建康.火电厂烟气自动化监测系统的比对监测[J].环境监测管理与技术,2007,19(1):41-44.

[3]樊保国,祁海鹰,由长福,等.烟气中的凝结水对 SO2浓度测量的影响[J].燃烧科学与技术,2002,8(5):453-456.

[4]罗 暾.Testo 350M/XL烟气分析仪比对实验及应用中的问题[J].环境监测管理与技术,2006,18(6):47-48.

[5]国家环境保护总局.HJ/T 75-2007固定污染源烟气排放连续监测技术规范(试行)[M].北京:中国环境科学出版社,2007.

[6]国家环境保护总局.HJ/T 76-2007固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法(试行)[M].北京:中国环境科学出版社,2007.

[7]国家环境保护总局《空气和废气监测分析方法》编委会.空气和废气监测分析方法 (4版)[M].北京:中国环境科学出版社, 2003.

[8]国家环境保护局.GB/T 16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法[M].北京:中国环境科学出版社, 1996.

[9]国家环境保护总局.HJ/T 397-2007固定源废气监测技术规范[M].北京:中国环境科学出版社,2007.

[10]《空气和废气监测分析方法指南》编委会.空气和废气监测分析方法指南(上册)[M].北京:中国环境科学出版社,2003.

[11]王伟哲,张自贵,洪兵.提高电厂 CEMS测量精度的实践探讨[J].电力科技与环保,2010,26(3):57-59.

[12]纵宁生,滕农.燃煤电厂烟气排放连续监测系统验收测试问题探讨[J].电力环境保护,2005,21(4):60-62.

Application of portable gas analysis system for CEMS comparative monitoring on coal-fired power plant

Acco rding to requests of standard HT/T 75-2007 Specification for Continuous Em issonsMonitoring of flue gas em itted from stationary sources,the application of po rtable gas analysis system in the area of CEMS in coal-fired power plantwas introduced.By analyzing the problem s in practicalmonitoring w ith Testo 350XL,the item s to be pay attention to were put forward.

gas analysis;power p lant;continuous em ission monito ring system〗

X84

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1674-8069(2011)05-057-03

2011-04-27;

2011-08-31

宋钊(1981-),男,上海人,大学本科,工程师,从事环境监测与管理工作。E-mail:songzhao@semc.gov.cn