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烟气在线监测系统现状及思考研究

北极星环境监测网  来源:《建筑学研究前沿》  作者:王平  2019/8/15 10:38:19  我要投稿  

北极星环境监测网讯:摘要:固定污染源排放的烟气会对环境造成污染,对其进行科学监测至关重要。本文介绍了现有的烟气在线监测系统,包括空气质量自动监测系统、烟气排放连续监测系统、差分光学吸收光谱法在线连续监测系统、物联网下无线传感器网络技术在线监测系统等,介绍了每个系统的组成、技术特点、监测方法、实际应用和发展方向进行了阐述。

关键词:烟气;在线监测技术;固定污染源

随着我国进入二十一世纪以来经济发展带动各个领域的发展,工业领域也随之发展起来,同时环境问题也成为了我国工业实现现代化的最大阻碍,空气污染是环境污染中应该研究的首要问题,为了减少二氧化硫、氮氧化物的排放,为我国能够在环保的前提下实现又好又快发展,研究火电行业的烟气监测问题责无旁贷,在采集到参数的基础上进行污染管控是现代火电行业管理的首要问题。

一、烟气在线监测系统

随着科学技术和网络技术的不断进步,目前固定污染源污染气体在线监测系统主要有空气质量自动监测系统(AQMS)、烟气排放连续监测系统(CEMS)、差分光学吸收光谱(DOAS)法在线连续监测系统、物联网下无线传感器网络技术在线监测系统等,烟气在线监测系统的广泛应用和不断完善,对于烟气在线监测技术的发展有着很大的促进作用。

1.空气质量自动监测系统(AQMS)。空气质量自动监测系统(Air Quality MonitoringSystem,简称AQMS)需要在重点监控区域设置子监测点,进行连续的空气质量监测,定期与总站进行通讯和数据传输,形成一个对该区域空气质量进行采样和测定的完整网络。自1983年北京市从美国TE公司引进AQMS,目前在内地约有200多个AQMS在运转。湿法监测仪器的传感器采用库伦池,基本原理是化学法和电化学法,需要使用大量的溶液和试剂,数据的准确性取决于试剂和人员操作,因此逐渐被干法监测仪器所取代;干法监测仪器的基本原理是物理法和物理化学气相法,干法监测仪器在检出限、漂移、线性、重复性、精度等各项性能指标均优于湿法监测仪器,且维护和修理更加方便,数据受人员操作影响小;近年来,出现了新的监测仪器技术———大气探测激光雷达系统及技术。大气探测激光雷达系统主要由激光发射系统、望远镜接收系统和信号检测系统等组成,具有易于接触探测点、探测范围广、探测隐蔽性强、可实现大范围实时探测等优点。差分吸收激光雷达(Differencial Absorption Lidar,简称DIAL)技术即是一种大气探测激光雷达技术,该技术可以测量城市上空的NO x,SO 2,O 3,CH 4等气体组分的三维立体分布,波长范围1.59~1.64μm,测量光程可达几十公里,可监测烟气的非法偷排,但由于价格昂贵,污染物的最低检测限也不太理想,目前还在研究阶段。

2.烟气排放连续监测系统(CEMS)。烟气排放连续监测系统又称固体污染源烟气排放连续监测系统(Continuous Emissions Monitoring System,简称CEMS),用于连续自动监测固定污染源的污染物排放浓度,适用于火电厂等连续废气排放量的监测,将仪器安装在固定污染源上,可实时在线监测二氧化硫(SO 2)、氮氧化合物(NO x)、颗粒物的排放浓度和排放量,同时将监测的数据实时传送到环保监控中心。

CEMS自上世纪80年代开始在我国大型火电厂安装使用,目前全国已安装了2万多套。目前,CEMS分析测量方法的发展方向主要有傅立叶红外监测法和线状光谱技术(又称可调谐二极管激光分析技术),傅立叶红外监测法是一种全谱分析技术,利用红外光谱的吸收信息可以确定分子的化学成分,达到准确的定性和定量分析,设定参数后不仅可以连续自动地进行SO 2和NO x的监测,还可以监测出复杂烟气中其他化学组分的含量;可调谐二极管激光分析技术是一种新的痕量气体分析方法,它的线状光谱谱宽窄到10-2 nm数量级,可以有效地排除其他气体组分干扰。

3.差分光学吸收光谱(DOAS)法在线连续监测系统。随着现代光谱测量技术的发展,不同于湿法和干法传统监测方法,由于光谱技术的探测灵敏度高,可达10-9~10-12级,分子光谱具有“指纹”特征,该技术在大气污染气体监测中得到日益广泛的应用,非常适合大范围的在线监测,相比于传统监测方法的费用和耗时都低很多。差分光学吸收光谱(Differential Optical AbsorptionSpectroscopy,简称DOAS)是一种光谱监测技术,最早该技术用于研究大气层中的痕量气体成分(如甲烷、臭氧等),可通过长光程吸收低浓度气体成分,达到准确测量的目的。DOAS是被瑞典OPSIS公司于上世纪80年代作为商品推向市场的,用于环境空气监测和污染源监测。DOAS遵循的理论基础是Lambert-Beer定律,该技术就本质来说是基于分子对光辐射的吸收,通过分析某一波段的吸收光谱来来鉴别气体成分,并根据吸收强度来确定气体含量,进一步推演出微量气体的浓度。

4.无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSN)是由安装在监测区域的大量廉价传感器节点组成,传感器可以经过无线方式通信,因此WSN网络设计灵活,设备的位置可以随时变化,并能实现WSN跟互联网进行有线或者无线方式的连接。相比于传统的有线网络在线监测,WSN具有安装、维护、管理方便,系统可随时扩展的优点。物联网通过无线传感器网络技术、射频识别技术、纳米技术、智能嵌入技术、全球定位系统技术与互联网连接,可以实现智能化定位和监控。无线传感器网络技术下物联网在线监测系统无需人为操作,信息可以自处理,应用范围广泛,实现人类社会与物理系统的整合。

二、监测系统应用过程中常见问题

烟气连续在线监测系统在本研究火电厂的运行过程中发挥了重要的作用。但也存在一些问题。由于火电厂两台机组共用一套监测系统,即1拖2的模式,因此在运行过程中容易出现对单台机组监测时间不足的问题。根据监测规范要求,对于固定污染源的检测时间不得少于总运行时间的70%,并对次检测时间进行了严格规定。因此,监测时间不足的问题也制约着监测结果的准确性和使用效率。此外,还存在监测系统量程过大,影响监测结果准确性的问题。如该火电厂脱硫后烟气采用的监测装置的SO 2测量量程为0~5 000mg/m 3,而在实际监测过程中,其SO 2浓度通常低于1 500mg/m 3。因此,监测数据的精度受到了影响。因此,运行过程中,要及时做好量程的设置,避免出现量程过大或超出量程的问题。由于烟气连续在线监测系统采样系统和分析系统的工作环境较为恶劣,对于监测装置设备的要求很高。在运行时容易发生故障,导致监测效率低下。该火电厂使用的煤炭煤质差,燃烧后烟气成分复杂,含有腐蚀性物质。且烟气温度高、湿度大,均对系统部件带来了很大影响。而火电厂的维护力量较为薄弱,发生故障后维修困难,影响了监测系统的有效运行。

三、加强在线监测系统的运行维护管理对策

结合该火电厂烟气在线监测系统运行环境和运维人员不足的情况,提出了外包给专业的运营公司,由专业人员来实施监测系统的日常运行和维护的建议。运营公司通过较为完善的运行管理维护制度,实现了火电厂烟气在线监测系统的稳定运行。同时,运营公司还帮助火电厂培训运行维护人员,提高相关人员的技术和管理水平。火电厂由于地处华北地区,冬季雨雪天气较多。因此,要做好在线监测系统的安全防护,避免雨雪,以避免装置仪器处于安全的工作环境中,并设置充足的维护空间。

随着我国现代化的进程加快,对环境问题的重视也提上了日程,为了保证环境保护工作能够在科学化的数据的保证下顺利进行,进行烟气在线监测工作具有重要的现实意义。

参考文献

[1]周茜.烟气在线连续监测系统运行问题及解决方法[J].电力科技与环保,2014,29(2):43-44.

[2]朱辉邱.烟气排放连续监测技术的发展及应用前景[J].环境监测管理与技术,2014,22(4):10-14.


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