火电厂湿烟气粉尘超低排放连续监测技术

薛小鹏，张 洁

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

火电厂湿烟气粉尘超低排放连续监测技术

薛小鹏，张 洁

(山西省自动化研究所，山西 太原 030012)

在我国，能源的消耗主要是煤炭，风力发电和太阳能发电技术还不是特别成熟，所以火电厂还是占据比较重要的角色。火电厂烟气的排放必然会对环境造成非常严重的污染。火电厂脱硫脱硝除尘技术在不断改进，如果不对电厂的废气排放进行连续监测，某些电厂就会为了省钱，对脱硫脱硝除尘设备不满负荷运行，造成对环境的严重污染，烟气中其他污染因子的监测技术也在不断发展，所以设计一套能够适合现阶段排放标准要求的监测设备是非常有必要的。

湿烟气；燃煤火电厂；低排技术

2011年7月18号我国环境保护部批准了新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)，本标准规定了火电厂大气污染物排放浓度限制、监测和监控要求，规定了重点地区燃煤锅炉的烟尘排放值低于20 mg/m3,重点地区的燃气锅炉或燃气轮机组的烟尘排放浓度低于5 mg/m3。本标准从2012年1月1日起开始执行[1]，预示着我国对固定污染源排放有了更加严格的要求。我国烟尘连续在线监测技术面临严峻的考验。

基于新的排放标准要求，采用湿法脱硫及在脱硫尾部增加湿式电除尘器的技术，这种能有效去除烟气粉尘，实现烟气各污染物参数(包括粉尘浓度)超低排放，已经广泛被火电厂应用。然而鉴于新型脱硫技术的应用及新的排放标准的实施，对于粉尘的监测增加了两个难题，第一：超低排放监测对传感器的精度，灵敏度，准确度和稳定性有了更高的要求；第二：湿法脱硫后，烟气湿度增大，大大增加了粉尘的测量难度。

1 传统测量方法

光吸收法：又称浊度法或对穿法，当光波通过粉尘介质时，部分光波被吸收，入射光强和被吸收的光强根据朗伯比尔定律可算出粉尘浓度。湿烟气的温度一般在50 ℃～60 ℃之间，烟气中水分含量较高，对光的吸收影响比较大，并且浊度法的检出限是7 mg/m3,所以不适用与湿烟气超低排放监测。

光散射法：光散射法分为前散射，后散射，偏散射等。传统的烟尘光散射法用的是后散射，是利用光照射到粉尘颗粒时发生光散射，测量散射光的强度，利用Mie散射理论，计算出粉尘浓度。湿度对光散射影响较大，所以传统的后散射法不适用于湿烟气粉尘测量。

β射线法：粉尘粒子吸收β射线的量与粉尘粒子的质量成正比关系，根据粉尘粒子吸收β射线的量计算粉尘浓度。此方法的缺点是不能连续监测，常用于空气站粉尘的监测。

滤膜称重法：采用规定的流量进行采样，将烟尘中的颗粒物捕集在滤筒上，滤筒采样前后的质量差，可以算出粉尘浓度，此方法一般作为参比设备，比对其他连续监测设备的准确性。

其他的测量的方法还有振荡天枰法、电荷法等等。

2 稀释抽取式前散射法

传统的测量方法都有自己本身的局限性。对于湿烟气超低粉尘的监测遇到的两个难题，我们可以采用稀释抽取式前散射法进行连续监测。稀释抽取法是采样方法：主要是采用等速采样原理，对烟气进行抽取，并对烟气进行稀释，然后把烟气加热到温度高于140 ℃，把水变成水蒸气，去除水滴对光散射的影响，再利用光前散射原理，对粉尘进行监测。预处理系统如图1。

图1 预处理系统

这种稀释抽取前散射法可以忽略湿烟气中水滴对测量的影响，用激光前散射的方法也可以提高测量精度和准确度，检出限也能达到0.1 mg/m3。目前比较有代表性的产品是：D-R820F(杜拉格)等。此系统可以分为以下五个子系统：稀释加热系统、采样系统、测量系统、反吹系统和校准系统[2]。

2.1 稀释加热系统

主要是稀释风机抽取空气，气体经过加热器进行加热，部分高温气体用来加热测量室，保证测量室的温度在140 ℃以上(主要是为了保证测量室的水滴全部气化成水蒸气降低对粉尘测量的影响)，另一部分气体进入探头，用来稀释采样粉尘。由于增加了稀释风机，在采样探头处的相对湿度可以降低30%～70%。所有的温度控制是依靠测温元器件和电磁阀互相配合的。气体的稀释比大概是1∶1。稀释风机的流量大小和烟气流速相关。

2.2 采样系统

当系统处于测量状态时，采样电磁阀打开，采样气体和稀释气体通过采样探头和采样电磁阀，进入测量室，最后经过射流泵排出测量系统，采样的动力源是射流泵。采样系统主要采用等速采样技术，根据烟气的温度、压力、流速决定采样流量的大小。

2.3 测量系统

光散射分为前散射，后散射，偏散射等，三种散射中前散射测量精度最高，检出限也可以满足现阶段的测量要求。本系统主要采用激光前散射技术。原理如下：一个激光二极管发出一束可见范围(波长约为650 nm)的调制光，射向烟尘当中的粉尘颗粒。颗粒物散射产生的散射光被一个与光束轴呈约15°夹角的高灵敏度检测器记录下来。通过滤波电路、放大电路等计算出烟气中的粉尘浓度。

2.4 反吹系统

准确测量烟气粉尘是本系统的目的，但是烟道烟气比较复杂，抽取式测量粉尘仪的探头、管路和气室运行一段时间，都会有粉尘残留在探头、管路和气室壁上。如果长时间不清理，就会造成采样探头、管路和气室堵塞，对测量造成严重影响，为了减少系统维护量，反吹系统是必不可少的。

本系统的反吹系统可分为探头反吹和测量气室反吹。探头反吹时，射流泵和采样电磁阀停止工作，反吹阀打开，对采样探头进行反吹；测量气室反吹时，射流泵停止工作，打开气室反吹电磁阀即可对测量气室进行反吹。多长时间反吹一次、每次反吹的时长由工况决定。一般超低粉尘设置4 h反吹一次，每次反吹5 min。

2.5 校准系统

《中华人民共和国环境保护行业标准》(HJ/T 75-2007)中第九章规定：当烟气CEMS不能满足技术指标而失控时，应及时采取纠正措施，并应缩短下一次校准、维护和校验的间隔时间。固定污染源烟气CEMS运行过程中的定期校准应做到：1) 具有自动校准功能的颗粒物CEMS每24 h至少自动校准一次一起零点和跨度；2) 无自动校准功能的颗粒物CEMS每3个月至少用校准装置校验一次仪器的零点和跨度。所以设计本系统时加入了校准子系统。本系统的校准子系统包括自动零点校准、量程校准和自动视窗沾污调零[3]。

3 系统特点

1) 低维护：增加稀释风机，稀释采样降低系统管道内样品粉尘含量，提高了系统维护间隔。

2) 自动反吹：减少采样管路粉尘残留，减少系统维护。

3) 自动校准：自动校零，量程校准，视窗沾污自动修正。

4) 稀释采样：采样探头处相对湿度降低30%～70%。

5) 采样探头、探杆采用316号不锈钢，耐腐蚀。

6) 配置LCD显示屏，菜单设置简单，方便，快捷。

7) 安装简单，不需要复杂的同轴度安装。

8) 工作寿命长，内部没有运动部件，壳体严格密封，防止烟气腐蚀。

9) 适用于烟气湿度较大的工况。

4 安装位置

粉尘浓度的准确测量不仅对设备要求比较高，由于烟道的内烟尘分布的复杂性，安装位置也是非常重要的。测量点位的选择也必须严格按照《中华人民共和国环境保护行业标准》(HJ/T 75-2007)中第6章“固定污染源烟气CEMS安装位置要求”中的点位选取要求选择合适的测量位置。

安装位置要遵循以下几点要求：

1) 位于所有颗粒物控制设备的下游；光学原理的颗粒物CEMS所在测定位置没有水滴和水雾；便于日常维护。

2) 安装位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位，应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍烟道直径，以及距上述部件上游方向不小于2倍烟道直径处。对矩形烟道，其当量直径D=2AB/(A+B)，式中A、B为边长。当安装位置不能满足上述要求时，应尽可能选择在气流相对稳定的断面，但安装位置的前管段的长度必须大于后管段的长度[4]。

3) 点测量CEMS位置：离烟道或管道壁的距离不小于烟道或管道直径的30%，位于或接近烟道或管道断面的中心区。

4) 线测量CEMS位置：中心位于或接近烟道或管道断面的中心区，所在区域离烟道或管道壁的距离不小于烟道或管道直径的30%。

5) 安装光衰减和光闪烁颗粒物CEMS时应保证光路准直。安装后散射、前散射颗粒物CEMS时

测量探头应保持离烟道壁足够的距离，防止靠近烟道壁的气流的扰动影响测量的准确性。应保证吹扫风的风压大于烟气压力，保持与烟气接触的光学镜片的清洁以及防止探头过热。

6) 原则上要求一个排放源安装一套CEMS。若一个排放源排气先通过多个烟道或管道后进入该排放源的总排气管时，应尽可能将CEMS安装在总排气管上。不得以其中一个烟道安装的CEMS测定值代替该排放源的排放结果。

7) 为了防止手工采样质量法在采样过程中干扰颗粒物CEMS的测定，手工采样孔，应尽可能在颗粒物CEMS的下游，与颗粒物CEMS的距离不低于50 cm。

8) 为保证准确地校准颗粒物CEMS和烟气流速CMS，颗粒物CEMS和烟气流速CEMS应尽可能安装在流速大于5 m/s的位置。

9) 所有的仪器都应避开强烈振动的位置；安装在高空位置的仪器要采取措施防止发生雷击事故，做好仪器接地，保证安全运行。

5 总结

烟气粉尘的测量是一项比较复杂的工程，要保证测量的准确性，不仅对设备的要求比较高，并且安装点位的选择也非常重要。

[1] 中国环境科学研究院.GB13223—2011火电厂大气污染物排放标准[S].北京：中国环境科学出版社,2012.

[2] 张序,李建军.燃煤电厂烟气超低排放技术路线的研究[J].四川化工,2015,05:55-58.

[3] 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[S].北京：中国环境科学出版社，2001-09-30.

[4] 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[S].北京：国家环境保护局，国家技术监督局，1996-03-06.

FlueDustUltra-lowEmissionsContinuousMonitoringTechnologyinCoal-firedPowerPlant

Xue Xiaopeng, Zhang Jie

(ShanxiInstituteofAutomation,TaiyuanShanxi030012,China)

In China, because of the immature technology of wind power generation and solar power generation, the thermal power plant still plays an essential part in energy supply. That is to say, there is a great need of coal consumption in order to get enough energy. As a result, the emission of the flue gas from the thermal power plant will no doubt cause the severe environmental pollution. Although the technology of desulfurization, denitrification and dedusting is getting improved, the continuous monitor for the pollution air emission is of significant importance in case of that some power plants sometime stop using the desulfurization, denitrification and dedusting equipment which contributes to the serious damage of the environment just for saving money. On the other hand, there is a sustainable development of the monitoring technology for other pollution factors in the wet flue gas. Therefore, it is feasible and necessary to design new monitoring equipment satisfying the need of current emission standard requirements.

the wet flue gas; coal-fired power plant; low emissions technology

2017-09-25

薛小鹏(1987- )，男，山西运城人，大学本科，主要从事环境监测及自动化控制。

1674- 4578(2017)06- 0011- 03

TP27

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