火電廠濕煙氣超低粉塵排放在線監(jiān)測技術(shù)探討

潘云，楊希剛，張承武，宣添星，張博

(國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031;中國國電集團(tuán)公司，北京100034)

火電廠濕煙氣超低粉塵排放在線監(jiān)測技術(shù)探討

潘云1，楊希剛2，張承武1，宣添星1，張博1

(國電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京210031;中國國電集團(tuán)公司，北京100034)

隨著國家對火電廠煙塵排放要求的不斷從嚴(yán)，采用濕式電除塵實(shí)現(xiàn)超低排放已在越來越多的火電廠得以實(shí)施，然而受濕煙氣中液滴影響及超低粉塵測量精度要求，傳統(tǒng)煙塵儀難以滿足實(shí)際測量要求，通過結(jié)合濕煙氣的煙氣成份，對比分析了傳統(tǒng)煙塵儀與濕煙氣低濃度煙塵儀的原理及技術(shù)特點(diǎn)，對于濕煙氣超低粉塵在線監(jiān)測煙塵儀的選型提供了參考和借鑒。

濕煙氣;濕式電除塵;超低排放;煙塵儀;光散射

0 引言

國家環(huán)保局頒布實(shí)施了新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223－2011)，重點(diǎn)地區(qū)燃煤電廠粉塵排放限值要求低于20mg/m3，2014年7月1日起執(zhí)行［1］。同時(shí)，為進(jìn)一步加快推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，進(jìn)一步提升煤電高效清潔發(fā)展水平，2014年國家“三部委”聯(lián)合發(fā)布了《煤電節(jié)能減排升級與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014－2020年)》，推行更嚴(yán)格能效環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，要求分別在不同時(shí)段要求不同地區(qū)燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值(即煙塵排放濃度小于10mg/m3)。江浙地區(qū)及京津冀地區(qū)部分火電廠提出了更嚴(yán)的排放要求，煙塵排放要求做到＜5mg/m3。

針對基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值的要求，采用在脫硫尾部新增濕式電除塵器的技術(shù)，能有效率除去超細(xì)粉塵，實(shí)現(xiàn)超低排放，已被越來越多火電廠所認(rèn)同，然而對于濕煙氣超低濃度煙塵的測量，一直是個(gè)難點(diǎn)，本文主要針對濕法脫硫后濕煙氣環(huán)境下的粉塵監(jiān)測，分析了目前國內(nèi)外幾種常用的在線煙塵儀的原理及特點(diǎn)，對今后選取超低粉塵在線監(jiān)測提供了參考和借鑒。

1 煙氣成分分析

濕式電除塵器安裝于脫硫吸收塔出口，采用高壓靜電除塵原理，使煙氣中的粉塵、液滴、石膏等顆粒物荷電，收集到陽極板/陽極布上，通過液滴自身重力或噴灑堿性液體進(jìn)行回收處理，達(dá)到對煙氣中顆粒物的去除［2］。

與脫硫吸收塔出口相比，濕式除塵出口煙氣成份基本不發(fā)生變化，煙氣溫度一般為45～60℃，煙氣成分中固體狀態(tài)的粉塵和石膏與煙氣中液態(tài)水混合形成石膏漿液，以液體狀態(tài)存在于煙氣中，另外煙氣成分中還包括氣體狀態(tài)的CO2、NOx、SO2、O2、液態(tài)水和汽態(tài)的水蒸汽、粉塵顆粒物等。

2 傳統(tǒng)測量方法

國內(nèi)外在線測量粉塵濃度的測量方法主要有光吸收法(又稱濁度法)、光散射法、稱重法、β射線法等。稱重法通常用于手動(dòng)測量，β射線法因輻射等原因應(yīng)用于在線測量的較少，濁度法及光散射法較多的應(yīng)于火電廠粉塵在線測量［3］。

2.1 濁度法

半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光通過煙道中的煙氣，激光通過含有粉塵顆粒物的煙氣時(shí)被粉塵吸收、反射和散射，然后被煙道另一端安裝的反射鏡反射回信號光探測器監(jiān)測。該方法將光源與探測器分別安裝在煙道兩側(cè)，光遇到煙塵顆粒后由于吸收、散射等作用使光強(qiáng)衰減，探測器接收的是顆粒的透射光。根據(jù)郎伯－比爾定律，透射光強(qiáng)與顆粒的大小和濃度相關(guān)，這就為煙塵顆粒物濃度測量提供了尺度，通過計(jì)算介質(zhì)的濁度，得到煙塵的質(zhì)量濃度［4］。原理如圖1所示。

圖1 濁度法煙塵儀測量原理示意

2.2 光散射法(后散射圖)

光散射法基于光散射原理，當(dāng)光束入射到顆粒(不管是固體顆粒、液滴或者氣泡)上時(shí)，將向空間四周散射，光的各個(gè)散射參數(shù)與煙塵顆粒的濃度密切相關(guān)。將探測器安裝在某一散射角處，獲得散射光強(qiáng)數(shù)據(jù)后，基于散射理論對煙塵濃度進(jìn)行反演，得到煙塵的質(zhì)量濃度。測量原理如圖2所示。

圖2 后向散射煙塵儀測量原理示意

3 傳統(tǒng)煙塵儀測量濕煙氣的局限性

通過上述介紹可知，不管是基于濁度法還光散射法進(jìn)行煙塵測量，均是通過光學(xué)的物理特性進(jìn)行信號采集，目前較多的應(yīng)用于干煙氣(煙氣溫度＞100℃)的測量(如電除塵出口)，或煙塵濃度較大(通常＞30mg/m3)的場合，煙塵測量儀能夠很好的滿足測量要求。

濕煙氣成份中含有液滴，在光的透射過程中，飽和濕煙氣水分會(huì)造成光的折射、吸收，影響測量結(jié)果。有研究表明，當(dāng)煙氣溫度在100℃以上時(shí)，煙氣中水份是氣態(tài)的，不會(huì)影響煙塵的監(jiān)測結(jié)果;當(dāng)煙氣溫度低于100℃時(shí)，水是散布在煙氣中的液態(tài)的小水滴，這個(gè)時(shí)候需要做參比試驗(yàn)，測算出水份對煙塵監(jiān)測的影響值，再對監(jiān)測數(shù)據(jù)加工處理，可以大致消除液滴影響，當(dāng)水分含量發(fā)生變化，易對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響［5］。

4 濕煙氣低濃度粉塵測量方法

為了消除濕煙氣中液滴對光在測量過程中影響，我們可以將濕煙氣進(jìn)行加熱后，再進(jìn)行測量。目前針對濕煙氣的在線測量，采取先進(jìn)行抽取，然后稀釋加熱處理，最后進(jìn)行光散射原理測量?；驹砣缦?它從排放的煙氣中連續(xù)抽取含塵濕煙氣，由高精度溫度控制的高功率加熱器，對濕煙氣進(jìn)行空氣稀釋以及恒定溫度加熱后，在測量池內(nèi)通過光學(xué)原理(光散射)測量粉塵濃度。發(fā)射光源穿過測量池，照射煙塵粒子，被照射的煙塵粒子將反射光信號，反射光的信號強(qiáng)度與煙塵濃度成正比，因此可以計(jì)算出煙道中的粉塵濃度。測量原理圖如圖3所示。

圖3 濕煙氣低濃度煙塵儀測量原理示意

濕煙氣低濃度煙塵儀采取抽取+加熱的方式對濕煙氣進(jìn)行干燥處理，能夠消除煙氣中水分對測量結(jié)果的影響，提高了測量的準(zhǔn)確性。目前國內(nèi)外濕煙氣低濃度煙塵儀具有代表性的如PCME 181WS (英國)、D－R820F(德國)、SICK－FWE200(德國)、PFM06ED(德國)。

4.1 主要技術(shù)參數(shù)

濕煙氣低濃度煙塵儀主要技術(shù)參數(shù)見表1。

4.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1)采樣管線加熱，通常加熱至120℃，避免煙氣冷凝及探頭粘灰，大大提高測量精度;

(2)能夠?qū)崿F(xiàn)等流速取樣，最大限度避免測量誤差，滿足取樣規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)GB/T16157－1996［6］;

(3)精度高，最低檢測限達(dá)0.1mg/m3;

(4)實(shí)時(shí)連續(xù)測量，反應(yīng)快，分析時(shí)間小于2s;

(5)能自動(dòng)進(jìn)行零點(diǎn)滿度校驗(yàn)，具有反吹清潔功能，最大限度的減少維護(hù)工作。

表1 濕煙氣低濃度煙塵儀主要技術(shù)參數(shù)

4.3 工程應(yīng)用

目前，濕煙氣低濃度煙塵儀已應(yīng)用于國內(nèi)外多個(gè)超低排放工程，對濕煙氣的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)基本都能滿足環(huán)保部門的測量要求［7］。圖4和圖5為2臺(tái)同一型號的濕煙氣低濃度煙塵儀分別在某1000MW機(jī)組濕式除塵器入口以及煙囪70m處測量的歷史曲線。

圖4 濕煙氣低濃度粉塵儀測量歷史曲線(濕除入口處)

圖5 濕煙氣低濃度粉塵儀測量歷史曲線(煙囪出口處)

從圖中可以看出:2臺(tái)濕煙氣低濃度煙塵儀測量趨勢一致，能夠測量出超低濃度下粉塵的實(shí)時(shí)變化，測量精度高，穩(wěn)定行好，可靠性高;2臺(tái)濕煙氣低濃度煙塵儀測量位置不同，測點(diǎn)煙氣的水分含量會(huì)有變化，而2臺(tái)設(shè)備的趨勢一致，說明測量過程中排除了水分對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響;煙囪出口煙塵儀在線測量有效數(shù)據(jù)＜5mg/m3，能夠滿足超低排放在線監(jiān)測要求。

5 結(jié)語

(1)傳統(tǒng)煙塵儀受濕煙氣中液滴影響較大，且探頭容易粘灰，滿足不了濕煙氣超低排放的在線監(jiān)測的實(shí)際要求。

(2)濁度法還會(huì)因煙道溫度變化引起鋼煙道變形，導(dǎo)致測量探頭對光誤差大，嚴(yán)重時(shí)無法測量。

(3)濕煙氣低濃度煙塵儀能夠消除濕煙氣中的液滴對測量，但在采樣過程中應(yīng)做到“等速采樣”。

(4)目前對于在線粉塵檢測儀器比對驗(yàn)收采用的是濾筒稱重法，執(zhí)行的是國家環(huán)保部頒發(fā)的《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T75－2007)，在線儀器的測量誤差允許值15mg/m3。按照上述要求，雖然，現(xiàn)有在線煙塵儀基本都能通過驗(yàn)收，但隨著國家對超低排放的執(zhí)行越來越嚴(yán)，加上環(huán)保電價(jià)的執(zhí)行，相信在不久的將來，新的測量標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法就會(huì)出臺(tái)，將會(huì)對超低粉塵在線監(jiān)測儀表提出更高的要求。

［1］GB13223－2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］莫華，朱法華，王圣，等.濕式電除塵器在燃煤電廠的應(yīng)用及其對PM2.5的減排作用［J］.中國電力，2013，46(11):62－66.

［3］李昆，鐘磊，張洪泉.煙塵濃度測量方法綜述［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2013，32(2):8－11.

［4］張濤.激光透射式粉塵儀的微弱信號處理［J］.機(jī)電工程研究，2011，28(12):1453－1456.

［5］王衛(wèi)群，張磊，黃治軍，等.燃煤機(jī)組煙囪在線煙塵儀監(jiān)測煙塵濃度偏高原因分析及對策［J］.電力科技與環(huán)保，2015，31(4):52－54.

［6］GB/T 16157－1996，固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法［S］.

［7］HJ/T 75－2007，固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］.

Power plant ultra－low wet flue gas dust emission on－line monitoring technology

As countries to keep strictly of dust emission in power，wet－ESP was adopted to realize ultra－low emissions in more and more power plants.However with the droplets in the wet flue gas and low dust measurement accuracy requirements，traditional smokemeter is difficult to meet the requirement of actual measurement.Based on the combination of wet flue gas，principle and technical characteristics of the traditional smokemeter and wet flue gas of low concentration of smoke meter are analyed，which provides reference for selection of ultra－low for wet flue gas dust on－line monitoring smokemeter.

wet flue gas;wet－ESP;ultra－low emissions;smokemeter;light scattering

X701.2

B

1674－8069(2016)03－021－03

2015-11-20;

2016-01-09

潘云(1981-)，男，江蘇南京人，工程碩士，工程師，從事火電廠電力環(huán)保咨詢及設(shè)計(jì)工作。E－mail:panyun_1981@163.com