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摘要：分析了国内普遍存在的，基于光学技术的颗粒物CEMS安装在烟气湿法脱硫下游受到干扰的问题，结合HJT 75-2007固定污染源烟气排放连续监测技术规范，阐明了符合目前环保规范的解决办法。
关键词：颗粒物 CEMS 湿法脱硫 解决办法
引言
随着我国经济建设的深入，生态环境保护力度不断加强。第三次修订的《锅炉大气污染物排放标准》增加了燃煤锅炉氮氧化物等化合物的排放限值，取消了按功能区和锅炉容量执行不同排放限值的规定，提高了各项污染物排放控制要求。国家“十三五”规划提出实行最严格的环境保护制度，实施工业污染源全面达标排放计划。在用燃煤锅炉、三废混燃炉为实现达标排放大多得通过完善除尘设备、脱硫脱硝设备，优化生产工艺管控和按相关标准完善“烟气在线监测系统”（以下简称“CEMS”）。其中常用的锅炉烟气脱硫工艺按脱硫反应物和脱硫产物的存在状态可分为湿法、干法和半干法三种。湿法脱硫工艺应用广泛, 约占世界总量的 85.0%。然而，安装在湿法脱硫下游的颗粒物CEMS暴露出的问题越来越多。本文就锅炉烟气湿法脱硫对大气污染颗粒物CEMS测量的影响进行浅要分析，提出解决思路，阐述符合目前环保标准的解决办法。
1 水雾和化学析出物对光学类颗粒物CEMS的干扰
1.1 无法准确测量
湿法脱硫后未安装烟气换热器的烟道，烟气含湿量普遍达到13-15%，烟温45-55℃，对基于光学技术的直读式颗粒物CEMS，烟气夹带的水滴或可冷凝的盐会被CEMS当成检测对象，给颗粒物浓度检测造成较大干扰，严重影无法测量。
对基于光学技术的抽取式颗粒物CEMS，样品在取样探针以及取样管线内的沉积是一个无法回避的问题，其测量结果往往都是负偏差。另外，因颗粒物的分层导致较大粒径的颗粒物被探针内的沉积物影响。
1.2 维护和校验困难
尽管颗粒物CEMS过渡法兰短管持续通入净化后的空气，但靠近烟道内壁的管口附近凝结的盐和尘垢会不断增多，到一定程度后会被CEMS当成颗粒污染物连续检测和读取，因此需要密切关注CEMS读数及时进行维护，颗粒物CEMS和其数据日志必须正确记录所有正常的和异常的排放数据，确保数据日志正确记录颗粒物CEMS的监测状态。
1.3 日常数据真实性受到质疑
由于颗粒物CEMS受到燃料、除尘效率的变化、水份等因素的影响，造成光路的偏移和干扰，需按规定每6 个月至少做一次校验；校验用参比方法和CEMS 同时段数据进行比对，然后根据比对结果调整CEMS软件或固件，使其与参比结果一致。此方法是目前为止最有效的修正法，但日常数据的真实性一直受到质疑。
2 烟气湿法脱硫工艺特点与颗粒物CEMS的相关问题
2.1 烟气湿法脱硫的种类和特点
湿法脱硫是在烟道末端，采用浆、液剂洗涤烟气，脱硫剂和脱硫产物均为湿态，反应在溶液中进行，湿法脱硫工艺主要有石灰石/石灰一石膏法、双碱法、海水脱硫、氧化镁法、湿式氨法、石灰一镁法、碱式硫酸铝法等。常用的脱硫剂有钙基、镁基、氨基、钠基脱硫剂等。
湿法氨-硫酸铵脱硫技术不能通过废水排放解决氯离子富集的问题，只能通过结晶过程来控制氯的含量，因此系统内氯的含量可能达到或超过40g/L，这对装置及测量设备的防腐提出更高的要求。
湿法脱硫的优点：湿法烟气脱硫技术为气液反应，反应速度快，脱硫效率高于90％，技术成熟，适用面广。
湿法脱硫的缺点：生成的液体或淤渣较难处理，结垢和堵塞，已成为吸收设备能否正常长期运行的关键问题，若对洗涤后烟气再热，需投入更多的成本和能耗，若洗涤后直接排空会直接影响CEMS的测量，同时对设备造成腐蚀。
2.2 常见的颗粒物CEMS测量原理
2.2.1 激光后向散射技术
采用激光后向散射测试原理完成对被测烟道的烟尘浓度的测定。CEMS内嵌的高稳定激光信号源穿越烟道，照射烟尘粒子，被照射的烟尘粒子将反射激光信号，反射的信号强度与烟尘浓度成正变化。烟尘仪检测烟尘反射的微弱激光信号，通过特定的算法即可计算出烟道烟尘的浓度。
CEMS由电气系统、光学系统、结构件三大部分组成。
图 1 激光后向散射式CEMS
探测激光源输出功率为Po，经挡尘窗口镜片衰减K1后照CEMS，如果颗粒物的等效散射系数为K2（与颗粒物的组织结构、浓度相关），颗粒物反射的功率为Po×K1×K2×D，穿过窗口镜片G后的功率为Po×K1×K2×D×K1，经透镜L聚焦后的功率Pr为Po×K1×K2×D×K1×K3。
Po：探测激光源输出功率，与激励电压Vt成正比(系数k)；
D： 烟道颗粒物浓度；
K1：挡尘片衰减，受积尘影响；
K2：颗粒物反射系数，与颗粒物组成的结构颗粒有关；
K3：透镜会聚增益，认为是常数；
CEMS接收到的信号电压：Pr= Po×K1×K2×D×K1×K3。
若Po、K1、K3恒定，Pr与K2×D成正比，设备安装后，通过标定可以得到Pr与D的对应关系，即可计算出颗粒物浓度值：
D =A/K2×Pr。
假定A=1/(Po×K1×K1×K3）
激光后向散射式CEMS可以长期连续运行，通常不需要特别维护。仅光学元件缓慢污染情况，需要定期清洁处理。
2.2.2 光电透射技术
光电透射技术基于朗伯-比尔定律：
I=I0e-xCL
式中I、I0为出射和入射光强；x为分子吸收系数；C为颗粒物浓度；L为光通过烟气的距离。
图 2 双光程光电透射式CEMS
采用光电透射技术的CEMS可以连续测量整个烟道断面的颗粒物浓度，但振动、温度等因素易使光路准直发生偏移；光学器件易受烟气污染；对于湿法脱硫后的烟道，选用时应慎重。
2.2.3 β射线技术
β射线穿过某种物质时，该物质会吸收或反射β射线，射线强度的衰减量和穿过物质的性质及数量有关，通过利用放射性同位素可以连续自动监测烟道内颗粒物浓度。
烟道气通过探针引出，样品可以被稀释以降低烟道气露点，避免烟气冷凝。引出的烟气通过玻璃纤维纸带过滤，在玻璃钎维纸上产生颗粒物聚集点，颗粒物聚集点在β射线源和检测器之间移动，从而半连续性的检测出颗粒物浓度。
β射线穿过聚集点强度的衰减依赖于聚集点颗粒物的密度和颗粒物的数量。
颗粒物聚集点的收集效率，颗粒物构成，烟气流量以及稀释比等因素都可能影响最终的测试结果。
β射线术不受颗粒物粒径分布的影响，直接没出颗粒物的质量浓度。具有较宽的测量范围。β射线CEMS由于采用了抽取式采样技术，所以抽取式采样存在的问题，如颗粒物的等速采样、含湿颗粒物在烟首管线内的沉积、烟气的冷凝等问题会影响CEMS的正常测量。
2.3 常见颗粒物CEMS比较
从几种常见颗粒物CEMS的原理及表 1列出的优、缺点可以看出：电荷法不能用于湿烟道测量，光学法会受到水滴的严重干扰，也不适合用在湿法脱硫下游。β射线和重量法虽然受水分和颗粒物特性的影响较小，不适合测量高浓度烟尘，由于二都都采用抽取法，遇到湿气、块状物和粘结的颗粒物时，尽管抽气流速很低，仍然有可能堵塞探头及管路。
3 目前符合规范的解决办法
基于光学原理的颗粒物CEMS因其结构简单、响应快速、故障率低等优点，目前在国内的应用最为广泛。HJT 75-2007根据行业普遍存在的问题提出一种特别的解决办法：湿法脱硫装置后未安装烟气GGH 的烟道内，由于水份的干扰，颗粒物CEMS 无法准确测定其浓度，颗粒物CEMS 可安装在脱硫装置前的管段中，通过用参比方法同步测定湿法脱硫装置进、出口的颗粒物排放量并按式（1）计算出其颗粒物排放浓度系数，其实际排放浓度值按式（2）计算：
K=G1/G2 ……………………………………（1）
C1=K*C2 ……………………………………（2）
式中：
K—颗粒物排放浓度系数；
G1—参比方法测得的湿法脱硫装置出口颗粒物排放量，kg/h；
G2—参比方法测得的湿法脱硫装置进口颗粒物排放量，kg/h；
C1—计算所得的湿法脱硫装置出口颗粒物排放浓度，mg/m3；
C2—湿法脱硫装置进口颗粒物CEMS 所测得的颗粒物浓度，mg/m3。
在不额外投资更换新的颗粒物CEMS的情况下，只要更改安装位置，在CEMS软件中写入算式（1）和算式（2）就可以得到政策许可的颗粒物浓度。
4 结语
国内在用的颗粒物CEMS主要是光学技术的。由于光学检测颗粒物存在的缺陷，在运用参比法校验时需获得更多的比对数据，以此得出普遍适用的校准曲线。在应用期间，锅炉负荷、颗粒物特性和分布应尽可能的减少波动。燃料配比、除尘设备也应平稳。我国的大气污染物排放标准越来越严格，甚至超出发达国家标准。不能满测量需求的环保监控设施应该及时更新和备案，企业各级管理人员和技术人员应当把环保当成生存和发展的首要任务，切实做好企业的节能和减排工作。
参考文献:
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[2] 王强,杨凯，烟气连续排放监测系统(CEMS)监测技术及应用,化学工业出版社,2015(01):7-49
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[4] 中华人民共和国国家环境保护标准,HJ-477-2009,污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求，中国环境科学出版社,2009
[5] 中华人民共和国国家标准,GB-13271-2014,锅炉大气污染物排放标准,中国环境科学出版社,2014
论文作者:宁崇军
论文发表刊物:《防护工程》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/3
标签：颗粒物论文; 湿法论文; 烟气论文; 浓度论文; 测量论文; 烟道论文; 烟尘论文; 《防护工程》2017年第34期论文;