火電廠煙道流場(chǎng)測(cè)試斷面優(yōu)化試驗(yàn)研究

【摘要】本文以江蘇省裝機(jī)容量300MW以上火電廠為例，分析其CEMS流速測(cè)量現(xiàn)狀，就煙氣流速比對(duì)合格率低的問題展開分析，提出一套多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量的測(cè)量方法，可明顯提高測(cè)量精度，取樣具有更好的代表性，能夠滿足運(yùn)行監(jiān)控和環(huán)保監(jiān)測(cè)精度的要求。

【關(guān)鍵詞】火電廠 流場(chǎng) 優(yōu)化

長(zhǎng)期以來，我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭一直處于主導(dǎo)地位，占能源總量的70%左右l。燃煤產(chǎn)生的二氧化硫（S02）、氮氧化物（NOx）是造成大氣污染的主要污染物，也是國(guó)家“十二五環(huán)保規(guī)劃”中實(shí)行總量控制的主要污染物。燃煤電廠是耗煤大戶，也是煙氣污染物的排放大戶2。因此，對(duì)燃煤電廠污染物排放情況實(shí)行在線監(jiān)測(cè)十分必要。

煙氣連續(xù)排放檢測(cè)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CEMS）正是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)比對(duì)監(jiān)測(cè)合格并正常運(yùn)行的CEMS系統(tǒng)，其出具的數(shù)據(jù)可以作為排污申報(bào)核定、排污許可證發(fā)放、總量控制、環(huán)境統(tǒng)計(jì)、排污費(fèi)征收和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法等環(huán)境監(jiān)督管理的依據(jù)3。

目前，江蘇省裝機(jī)容量300MW以上火電廠都已安裝CEMS，主要監(jiān)測(cè)因子有顆粒物、氣態(tài)污染物（含S02、NOx等）和有關(guān)排氣參數(shù)（含氧量、溫度、濕度和流速流量等），監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與環(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)傳送。按照《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（ HJ/T 75-2007）要求，CEMS測(cè)定位置應(yīng)避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位，當(dāng)安裝位置不能滿足要求時(shí)，應(yīng)盡可能選擇在氣流穩(wěn)定的斷面。但大部分電廠的CEMS在實(shí)際安裝過程中受條件限制，很難滿足要求。監(jiān)測(cè)斷面流場(chǎng)不穩(wěn)定的情況下，慣性運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致煙氣流速分布不均勻，很難選取有代表性的取樣區(qū)域，且火電廠CEMS煙氣流速測(cè)量均為單點(diǎn)取樣，因此，比對(duì)合格率較低，影響主要污染物總量減排實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)工作。

本文就煙氣流速比對(duì)合格率低的問題展開分析，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件Fluent對(duì)煙道流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析，找出高中低流速區(qū)域分布，用多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流速的測(cè)量方法，提高測(cè)量精度，并通過手工監(jiān)測(cè)來驗(yàn)證模擬結(jié)果，為CEMS取樣點(diǎn)的設(shè)置提供參考依據(jù)。

一、江蘇省300MW以上電廠CEMS流速測(cè)量現(xiàn)狀調(diào)查

為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)污染源的監(jiān)督管理，及時(shí)了解和掌握重點(diǎn)污染源污染物排放情況，為主要污染物總量減排、環(huán)境統(tǒng)計(jì)、污染監(jiān)督等環(huán)境管理重點(diǎn)工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心根據(jù)環(huán)保部相關(guān)文件的要求，對(duì)全省300MW以上火電廠開展了監(jiān)督比對(duì)監(jiān)測(cè)工作。

201 1年全年江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心實(shí)際完成412臺(tái)次機(jī)組比對(duì)測(cè)試工作，煙氣流速的合格率僅為20.4%～36.50/0，煙氣流速合格率處于較低水平。

煙氣流速合格率偏低，主要是電廠的CEMS在實(shí)際安裝過程中普遍受條件限制，不能完全滿足《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的要求，如安裝位置沒有完全避開煙道彎頭和斷面急劇變化所產(chǎn)生的影響，存在所測(cè)斷面氣體流量變化大，有氣體湍流影響的問題，由于CEMS煙氣流速為皮托管單點(diǎn)法測(cè)量，其測(cè)量值代表性較差，且對(duì)儀器維護(hù)要求相對(duì)高，直接影響煙氣流量測(cè)量的準(zhǔn)確性。

二、多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量測(cè)量方法

由于流速場(chǎng)分布不均導(dǎo)致同一監(jiān)測(cè)斷面存在高中低流速區(qū)域，在不同負(fù)荷工況條件下高中低流速區(qū)域也不同，皮托管單點(diǎn)法流速測(cè)量很難找到固定的取樣代表性區(qū)域。筆者在研究目前主流的煙氣流速測(cè)量手段的基礎(chǔ)上，結(jié)合電力企業(yè)現(xiàn)有的技術(shù)條件，提出一套符合運(yùn)行監(jiān)控和環(huán)保監(jiān)測(cè)精度要求的流量測(cè)量方法，即多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量的測(cè)量方法，以滿足運(yùn)行監(jiān)控和環(huán)保監(jiān)測(cè)精度的要求。

多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量測(cè)量方法是指在煙道斷面具有代表性流速區(qū)域進(jìn)行布點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，通過各測(cè)點(diǎn)流速值進(jìn)行算術(shù)平均后輸出煙道斷面平均流速，根據(jù)煙道結(jié)構(gòu)、風(fēng)量、煙溫等邊界條件，通過Fluent軟件對(duì)煙道流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析，獲取監(jiān)測(cè)斷面流速分布區(qū)域。根據(jù)Fluent軟件模擬分析的煙道斷面高、中、低流速區(qū)域作為布點(diǎn)依據(jù)，在將在線流速監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在相應(yīng)的流速區(qū)域并獲得斷面平均流速的一種方法。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)示范點(diǎn)

對(duì)南京化工園某電廠4號(hào)煙囪入口流場(chǎng)模擬分析結(jié)果，在4號(hào)煙囪人口煙道斷面布設(shè)多臺(tái)煙氣流速儀，并通過手工比對(duì)對(duì)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量測(cè)量方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。依據(jù)Fluent軟件模擬分析得出的煙道流速分布區(qū)域，在高、中、低流速區(qū)域進(jìn)行布點(diǎn)，流速測(cè)量設(shè)備選用南京埃森環(huán)境技術(shù)有限公司生產(chǎn)的VPT511BF-A在線流速測(cè)量設(shè)備，在水平煙道上布置了5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布情況如圖1所示。

圖l多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量測(cè)量方法現(xiàn)場(chǎng)布點(diǎn)情況

2.2 手工比對(duì)測(cè)試及評(píng)價(jià)依據(jù)

采用S型皮托管進(jìn)在環(huán)保測(cè)試孑L上進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量測(cè)量方法測(cè)得的平均流速進(jìn)行手工比對(duì)，比對(duì)依據(jù)參考HJ/T75-2007《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》7.2參比方法驗(yàn)收內(nèi)容中附錄D的技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)比對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（1）當(dāng)流速>lOm/s時(shí)，相對(duì)誤差不超過±10%;

（2）當(dāng)流速≤10m/s時(shí)，相對(duì)誤差不超過±12%。

2.3 比對(duì)結(jié)果分析

比對(duì)結(jié)果如圖2所示。

圖2多點(diǎn)網(wǎng)格流速在線測(cè)量系統(tǒng)與手工測(cè)量值比對(duì)

多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量測(cè)量方法獲得的斷面平均流速為1 1.4m/s，與S型皮托管手工測(cè)試值1Im/s非常接近，兩者的相對(duì)誤差為4%，符合《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（ HJ/T75-2007）的流速比對(duì)要求。從各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位來看，最低流速為2.6 m/s，最高流速在16 m/s，流場(chǎng)分布呈現(xiàn)高、中、低流速區(qū)域。流速實(shí)際測(cè)量值與Fluent軟件模擬分析結(jié)果存在一定差異，原因在于Fluent軟件分析時(shí)采用的邊界條件較為簡(jiǎn)單，因此在模擬分析值上存在一定出入，但根據(jù)模擬分析得出的流速分布區(qū)域與多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量測(cè)量方法較為吻合。

針對(duì)國(guó)內(nèi)大多數(shù)電廠煙道布設(shè)不規(guī)范，流速場(chǎng)分布不均勻的現(xiàn)象，單點(diǎn)測(cè)量難以滿足煙道流速測(cè)量準(zhǔn)確性的要求，參考根據(jù)Fluent軟件流場(chǎng)分布及手工網(wǎng)格采樣原理提出多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量測(cè)量方法，在同一煙道截面上布設(shè)多臺(tái)流速儀，通過手工比對(duì)和在線式多點(diǎn)流速儀在線監(jiān)測(cè)的比對(duì)驗(yàn)證，比對(duì)合格率高，流速相對(duì)誤差低于5%。多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量測(cè)量方法可有效解決單點(diǎn)測(cè)量難以代表斷面真實(shí)流速的問題，為發(fā)揮污染源在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控作用，保證其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、可靠性提供依據(jù)。

三、結(jié)論

通過以上研究表明，對(duì)于流速場(chǎng)分布不均勻的煙道，監(jiān)測(cè)斷面存在高、中、低流速區(qū)域，用多點(diǎn)監(jiān)測(cè)煙氣流量的測(cè)量方法，可明顯提高測(cè)量精度，取樣具有更好的代表性，能夠滿足運(yùn)行監(jiān)控和環(huán)保監(jiān)測(cè)精度的要求。

參 考 文 獻(xiàn)[1]王雨.推進(jìn)我國(guó)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的路徑選擇[J].當(dāng)代經(jīng)濟(jì)研究，2014 （3）： 67-70[2]孟志浩，俞保云，燃煤鍋爐煙氣量及NOx排放量計(jì)算方法的探討[J].環(huán)境污染與防治，2009 （11）：107-109[3]常衛(wèi)民，劉寧鍇，沈建康.火電廠煙氣自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的比對(duì)監(jiān)測(cè)[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)，2007，19（1）： 41-44endprint