燃煤电厂干烟气与湿烟气超洁净粉尘排放在线监测方法的选择

文_陈巧娟 福建龙净脱硫脱硝工程有限公司

1 超洁净排放烟尘测量原理的选用

目前市场上研究和应用最多的烟尘在线连续监测方法为光学法，光学法又分为浊度法（光透射法）和散射法。前者用于烟尘浓度较高的测量场合，后者用于烟尘浓度较低的测量场合。

1.1 浊度法（光透射法）

光透射法就是通过测定光束的衰减来测量烟尘浓度，测量高浓度烟尘时的效果较好，但不适用于低浓度的烟尘测量。在小区域体积内光的衰减对含尘空气不是很敏感，因为在粉尘浓度较低时，透射光强较大，入射光的衰减相对太小，对测量仪器的灵敏度要求很高。同样，低浓度时浓度的变化所引起的光强变化也非常小，这就要求仪器的探测系统还要有很大的动态工作范围，这种低浓度烟尘浓度情况下的测量系统既要很灵敏，又要有很大的动态工作范围，对于探测器件光源的稳定和系统的噪声抑制要求都很高。

1.2 光散射法

光散射法又分为后向散射法和前向散射法，对于超洁净排放标准中<5mg/m3的超低烟尘排放浓度，目前基本都选择前向散射法的烟尘仪进行在线连续监测。

光散射法的测量原理：经过调制的激光或红外平行光束射向烟气时，烟气中的烟尘对光向所有方向散射，经过烟尘散射的光强在一定范围内与烟尘浓度成比例，通过测量散射光强来定量烟尘浓度。

目前工业烟尘仪应用较多的光散射法主要有前向散射法和后向散射法，对于与入射光方向夹角在0 ～90°范围内的散射光被称为前向散射光，与入射光方向夹角在90 ～270°范围内的散射光被称为后向散射光。从图1 可以看出，对于相同的散射角，不同的尺寸参数对应的散射光强是不同的。但无论尺寸大小，其散射光强都有一个共同的特点：散射角越小，其散射光强越强。因此在测量低浓度烟尘浓度时，尤其是<5mg/m3的超低烟尘排放浓度，由于烟尘浓度低，散射光强本身就小，为了获得相对比较强的散射光强，散射角度较小较好，即选择前向散射法烟尘仪（散射角约15°）最为合适。

图1 不同烟尘尺寸参数下散射光强度对比图

前向散射法烟尘仪应用最多、性价比最高的一般为探头散射式。这种探头散射式激光前向散射烟尘仪是超洁净排放项目烟尘在线监测的最佳选择。目前国内外比较具有代表性的激光前向散射烟尘仪精度都很高，最低检测限达到0.1mg/m3，最小量程可达0 ～5mg/m3，能够满足超洁净排放在线监测要求。

2 燃煤电厂超低排放改造中干烟气与湿烟气的烟气特性

2.1 干法超净+改造工艺的烟气特性

干法超净+改造工艺采用循环流化床干法脱硫工艺，脱硫布袋除尘器安装在脱硫吸收塔出口。由于循环流化床中气、固间良好的传热、传质效果，将排烟温度始终控制在高于露点温度15℃以上，就使得气态SO2与固态Ca（OH）2的反应转化为可以瞬间完成的离子型反应，同时SO3、HCl、HF 等强酸气体也可全部得以去除。由于排烟温度始终在高于露点温度15℃以上，因此排烟不需要再加热，排放烟气为干烟气状态，烟气中的水份为蒸汽状态，无液滴存在，整个系统也无须任何的防腐处理。

2.2 湿法超净改造工艺的烟气特性

湿法超洁净改造工艺中，湿式电除尘器安装于脱硫吸收塔出口，湿式电除尘器出口烟气温度一般在45℃左右，低于烟气露点温度，烟气中水蒸汽为过饱和状态，烟气中含有大量液滴，液滴含量在30 ～70mg/m3，烟气成分中固体状态的粉尘和石膏与烟气中液态水混合形成石膏浆液，以液体状态存在于烟气中。另外烟气成分还包括气态的CO2、NOX、SO2、O2、硫酸气溶胶、粉尘颗粒物等，因此排放烟气有腐蚀性，系统需做防腐处理，包括排烟烟道或烟囱。

3 干烟气与湿烟气超洁净粉尘排放在线监测方法

3.1 干法超净+改造工艺粉尘排放在线监测方法

通过以上介绍不难看出，干法超净+改造工艺中排放烟气温度高于露点温度，无水滴存在，因此可选择激光前向散射分析仪直接插入烟道进行烟尘的测量。

3.2 湿法超净改造工艺粉尘排放在线监测方法

湿法超净改造工艺排放烟气含有液滴，在光的散射过程中，饱和湿烟气水分会造成光的散射，影响测量结果。如果参照干法超净+改造工艺粉尘排放在线监测方法，在湿式电除尘器后的湿烟气中直接采用散射法烟尘仪而不加任何技术处理措施，测量值与实际值的偏差会在30 ～70mg/m3。因此，对于湿法超净改造工艺的湿烟气工况，为保证测量的准确性，在烟气进入测量气室前必须通过提高烟气温度或通过降低烟气露点温度的方法将烟气温度控制到露点温度以上，使被测量的烟气处于干烟气状态后再进行烟尘测量，即应选择抽取法进行烟尘的测量。抽取法烟尘测量仪是抽取烟气进行预处理除去水滴后再用激光前向散射法烟尘仪进行烟尘测量。抽取法又可分为直接抽取法和稀释抽取法。

4 干烟气与湿烟气超洁净粉尘排放在线监测方法的差异

燃煤电厂干烟气与湿烟气超洁净粉尘排放在线监测方法存在较大差异，两者用的烟尘分析仪都是激光前向散射烟尘仪，前者是直接将激光前向散射烟尘仪探头插入烟道进行烟尘测量，而后者多了烟气预处理除水。

通过表1 可深入地了解燃煤电厂干烟气与湿烟气超洁净粉尘排放在线监测方法的差异。

表1 干烟气与湿烟气超洁净排放烟尘测量仪差异表

5 结语

对于超洁净排放标准中<5mg/m3的超低烟尘排放浓度，可以选用激光前向散射法烟尘仪进行烟尘在线连续监测。

对于超洁净改造工艺中的干烟气工况，可以选用现场直插式激光前向散射烟尘仪进行烟尘在线连续监测。

对于超洁净改造工艺中的湿烟气工况，必须选用抽取式激光前向散射烟尘仪进行烟尘在线连续监测。

超洁净改造工艺中干烟气工况可选用的烟尘仪结构简单、安装方便、测量直接、测量值无滞后、测量值受外界因素影响小、维护量少、功耗小、成本投入更是比湿烟气烟尘测量仪低出几倍，因此超洁净改造工艺中干烟气工况在烟尘测量方面具有较为显著的优势。