摘要：燃煤电厂响应国家号召积极推进超低排放升级改造，相应降低了烟气粉尘污染物的浓度，增加烟气粉尘的水分含量，改变烟气粉尘的特性，在线监测的精确性也更高。因此，围绕当前燃煤电厂运行烟气超低粉尘在线监测系统运行情况，结合各种监测技术的优缺点，完善湿烟气排放在线监测技术，严控监测数据误差，提升运行的精确性。
关键词：湿烟气粉尘；超低排放；在线监测技术
引言
目前燃煤电厂用湿式电除尘器技术处理机组排放粉尘，可及时除去超细粉尘，达到排放的要求，在更多电厂中应用，但是测量湿烟气超低浓度粉尘工作始终是个难题。有必要对比分析国内外几种普遍应用的在线监测技术，为湿烟气超低粉尘排放在线监测技术的研究提供参考。
1.烟气成分分析
在脱硫吸收塔出口安装湿式电除尘器，借用高压静电除尘原理，阳极板收集烟气中的粉尘、液滴和石膏等颗粒物荷电，经滴液自重或喷洒碱性液体达到回收处理目的，一定程度限制尾气排放大颗粒物体。
相较脱硫吸收塔出口，湿式除尘出口烟气成分不会发生改变，一般情况烟气温度都是45°-60°，烟气中的大颗粒物体和石膏与烟气中液态水共同组成石膏液体，在烟气内以液态形态出现，同时烟气含量包括一部分其他气体状态和大颗粒物体［1］。
2.传统测量方法及不足
2.1浊度法
半导体激光器在烟道中发射激光，其通过颗粒物烟气时被粉尘吸收、反射和散射，之后烟道另一端安装的反射镜将信号输送至探测器。这一方法要在烟道两侧分别安装光源和探测器，光与烟尘颗粒相遇后基于吸收、散射等影响减弱光强，探测器仅对颗粒的透射光接收。这是测量烟尘颗粒物浓度的根据，通过对介质浊度计算，获得烟尘质量浓度。
2.2光散射法
根据光散射法基本原理，颗粒受光束照射时，将散射至空间四周，光的各个散射参数紧密联系烟尘颗粒浓度。在某一散射角安装探测设备，得到散射光强度数据后，不断利用散射理论监测烟尘浓度，得到质量浓度。
基于以上分析，这些方法都根据光学物理特点测量烟尘并采集信号，在测量干烟气应用较多，或引用在一部分有较大烟尘浓度的场合，测量设备可以达到测量需求。
湿烟成分包含液滴，饱和与湿烟水分在透射中形成折射，干扰测量结果。相关研究说明，烟气温度达100℃时，烟气含气态水分，对监测结果不会造成干扰；烟气温度低于100℃时，烟气散布的液态水滴是水分，此时实行参比实验，得出水分影响监测烟尘的结论，加工处理监测的数据，降低液滴带来的干扰，改变水分含量时，易威胁测量结果的准确性［2］。
3.在线监测技术比较
3.1 锅炉尘与硅尘监测对比
利用电容传感器实验装置，其中旋流子旋流筒内径为45mm，进气管管径为15mm，排气管插入旋流筒的深度为进气管径的1.2倍。旋流锥下端口密封连接平板电容传感器。
经过反复监测发现，进口风速为15m/s时旋流子对锅炉尘和硅尘的捕集效率最高，分别为93.2%和80%。监测系统结合粉尘的电容特点曲线和旋流子的捕集效率标定，计算机显示粉尘测量质量值［3］。
系统设定采样气速为15m/s，并选择在线测量方法。用电子天平称取八个30mg的锅炉粉尘与硅尘，用抽气泵抽入设备，每次监测时间为1min，记录监测结果。同时根据粉尘测量变化与采样累积时间获得粉尘质量浓度，锅炉粉尘与硅尘的实际值与测量值对比，见表1。
表1 锅炉粉尘与硅粉尘的实际值与测量值的比较
由表1可知，利用电容法测量锅炉粉尘与硅粉尘，结果误差均不超过6.5%，这两种粉尘平均误差分别为3.666%和3.444%。因此，在超低粉尘在线监测系统中利用电容法测量准确有效。
3.2烟尘监测技术对比
几种主要测量烟尘技术比较见表2。
表2 监测烟尘技术参数比较
在改造升级电厂的超低排放中，通常烟尘浓度不超过10mg/m3，特别是湿式除尘改造升级中，烟气包含大量的水分，干扰监测结果的准确性。具体应用中通常是均速抽取烟气，升温加热雾化水分避免产生液滴，采取光散射等低浓度测量方法检测；另外注意匀速抽取烟气，混合加热干燥的空气并稀释，达到减少烟气水分的目的，借光散射等测量方式实行测量，根据气体混合稀释数据得出烟尘浓度。这种方法的应用原理是低浓度测量，改进烟气的采样与预处理，成功化解在线检测高湿低浓度监测问题［4］。
3.3烟尘预处理对比
升级改造电厂的超低排放中，相应降低污染物浓度，系统检出下限决定监测的适应性，而CEMS检出下限容易被处理烟气设备影响。预处理烟气中，70%直接用抽取+冷干法。技术应用中，一部分SO2和NOX被冷凝水带走，导致浓度快速降低而数据失真严重，甚至不能得到检测数据，无法达到技术标准。表3为不同预处理方式在不同水分下测量SO2情况。
表3 各种烟尘除水技术比较
由此可知，水分含量可较大程度影响测量结果，其中渗透膜除水技术影响测量SO2结果最小，其次是除水技术。由此可知，当使用直抽法紫外吸收或差分法时，优先考虑除水效果更好的预处理烟气技术，保证监测数据的准确性。
用稀释法取样，预处理必须及时稀释气体，利用专门的压缩净化空气设备进行过滤与干燥，可有效降低露点，无需对采样管线加热。
综合分析，改造升级设备排放烟气后，进出口烟气量产生较大差异，对烟气系统提出更高设计要求，对各个测点的不同污染物科学选择，使其达到选型标准。
4.电厂湿烟气超低粉尘在线监测技术应用
燃煤电厂锅炉在发电运行和末端治理中为了保持超低排放，通常要协同脱除多种污染物的集成系统技术，保证排放人大气的污染物达到规定的要求，进而减少排入大气的污染物量，优化周边的环境，全方位落实超低排放措施，最大程度减轻污染环境的程度。烟气超低排放系统通常包括多个子监测系统，核心是烟气污染物监测子系统。根据检测的要求，设计测量最大数值，一般相当于1-2倍排放源浓度。当前，稀释抽取法、冷干直抽法、热湿直抽法等都可以在样品取样中应用。环保政策已明确指出，排放的湿烟气污染物浓度指标指在标准下的烟气数据；同时，要综合考虑系统的稳定性和运行成本，其中比较成熟的方法即冷干直抽法。但这种方法检测超低排放高含湿量、低浓度烟气的浓度时，冷凝器容易产生冷凝水；加之分析仪标定与系统标定存在较大差异，难以保证数据精确性。因此，要注意科学使用湿烟气超低粉尘在线监测技术。
4.1技术指标和特点
主要技术指标见表4。
表4 技术参数
1）加热处理采样管线，一般加热至120℃，防止烟气发生冷凝和探头粘灰，保证测量的精确度；
2）符合等流速取样的要求，防止出现测量误差；
3）测量过程中表现实时的连续性，反应迅速，分析时间短；
4）自主开始零点满度校验，突出反吹清洁作用，提升维护效率。
4.2实践应用
燃煤电厂在线监测系统应用湿烟气超低粉尘技术，湿烟气超低排放的在线监测系统设计，主要将加酸除湿器设置在标定单元与露点仪间，进而酸化处理烟气，避免烟气待组分与冷凝液溶解；除湿器应设计标定通道，对零点与量程精确把握。得到的数据基本达到环保要求。运用分析可知，对超低浓度下粉尘变化实时精确测量，精度越高，稳定性越好，保证系统运行的可靠性；由于湿烟气低浓度测量选择不同的位置，水分含量发生一定的变化，但具有统一的趋势，表明在测量操作中基本排除水分干扰。
5.结束语
综合分析，传统烟尘设备容易受湿烟气的液滴干扰，探头易发生粘灰现象，不能达到监测的要求。传统监测方法由于温度的变化使钢烟道发生变形，引发探头对光误差，甚至影响正常测量工作。而湿烟气低浓度烟尘设备可消除湿烟气包含的液滴，保证测量精确性，需注意等速采样操作。燃煤电厂科学引入这项技术，有利于保证监测的质量，避免烟气污染物影响周边的环境。
参考文献：
[1]莫华，朱法华，王圣．湿式电除尘器在燃煤电厂的应用及其对PM2.5的减排作用［J］.中国电力，2013，46（11）：62－66．
[2]李昆，钟磊，张洪泉．烟尘浓度测量方法综述［J］.传感器与微系统，2013，32（2）：8－11．
[3]]张涛．激光透射式粉尘仪的微弱信号处理［J］.机电工程研究，2011，28（12）：1453－1456．
[4]王卫群，张磊，黄治军．燃煤机组烟囱在线烟尘仪监测烟尘浓度偏高原因分析及对策［J］.电力科技与环保，2015，31（4）：52－54．
论文作者:古锋民
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/11
标签：烟气论文; 粉尘论文; 在线论文; 测量论文; 烟尘论文; 浓度论文; 超低论文; 《基层建设》2019年第16期论文;