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燃煤电站超低排放湿、净烟气烟尘浓度监测系统设计探讨

北极星环保网来源:《电力设备》作者:魏振华 朱孟强2017/7/28 11:30:55我要投稿
所属行业: 环境监测  关键词:超低排放 监测系统 烟气测量

北极星环保网讯:为响应发改委、环保部及国家能源局下发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》的要求,国内火力发电集团全面推进燃煤电站烟气超低排放改造工作,目前,部分机组已经投产。超低排放改造后,燃煤电站机组排放的湿、净烟气,烟尘浓度低于5mg/m3,需要设计量程窄、精度高的烟尘浓度监测系统以确保测量的准确性。

烟气监测

本文重点探讨了烟尘浓度监测系统主要的测量方法和采样方式,通过对比分析得出结论,为系统实现窄量程、高精度的烟尘浓度测量提供了设计参考建议。文章最后,从系统操作、维护和环保验收角度,分析了系统测定位置设计和仪器安装要求。

关键词:超低排放;湿、净烟气;烟尘浓度测量;烟气采样;测定位置

为响应发改委、环保部及国家能源局于2014年9月下发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》的要求,国内火力发电集团全面推进燃煤电站烟气超低排放改造工作,更是提出了“超净排放(烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于5、35、50毫克/立方米)”、“近零排放”等高标准、高要求。

烟气超低排放改造采用的技术路线为对现有的脱硝、除尘和脱硫系统进行提效改造[1],有多种可行有效的技术组合方案,如国内600MW机组部分采用在除尘器前加装低温省煤器+静电除尘器高频电源改造+脱硝增加催化剂+吸收塔整流、更换高效除雾器+吸收塔后湿式电除尘器的组合方案;国内1000MW机组部分采用管式GHH降温+低低温静电除尘器+双托盘吸收塔+吸收塔后湿式电除尘器的组合方案[1],均有效减少了污染物的排放,达到了超低排放的指标要求。

超低排放改造后,机组经湿法除尘排放的净烟气相比原脱硫出口烟气,烟尘浓度大幅度降低(低于5mg/m3)且湿度增大,烟尘浓度监测系统设计应采用更为合理的测量方法与采样方式,以满足超低排放湿、净烟气测量的量程与精度要求。

1烟尘浓度测量方法

国际标准化组织在其推荐的国际标准ISO7027-1984中将透射法和散射法定为浊度测量的两种标准测量方法,这两种方法也是国内环保法推荐的烟尘浓度测量基本方法[4]。透射法烟尘浓度测量是利用烟气中悬浮颗粒对入射光束的吸收和散射作用使光线强度衰减的原理,利用朗伯-比尔定律计算烟气中的含尘量。

散射法烟尘浓度测量是利用测量入射光束被烟气中悬浮颗粒散射所产生的光的强度来实现的。散射光的强度与烟尘浓度成正比例,灰尘越多,所产生的散射光越强。散射光被接收接收,通过光敏二极管上进行光电转换,产生电信号,该电信号由微处理器进行处理,即可得到烟尘浓度。

比较以上两种烟尘浓度测量方法,透射法可以获得很大的烟尘浓度测量范围,仪表的校准也比较简单,适合烟尘浓度较高的原烟气测量,但其最小测量范围过宽(一般为0~20mg/m3),且分辨率不高,用于低浓度净烟气测量时,误差大。

另外,透射法测量装置安装复杂,受振动影响较大,在横截面很大的烟道上使用不具备优势。散射法的测量范围很窄为0~200mg/m3,最小测量范围可达0~2mg/m3,分辨度可达0.02mg/m3[2],用于低浓度净烟气测量时,可以获得很高的测量精度。

且散射法测量装置安装于烟道单侧外壁,不需安装反射镜,安装方便,易于维护,因此净烟气烟尘浓度宜采用散射法测量,但散射法采样距离有限,仅能测量烟道避附近的烟尘浓度,不能像透射法一样,反应整个烟道内烟尘分布情况,所以应用时,还需根据浓度分布曲线修正测量结果。

2湿烟气采样方式

湿烟气测量易选用抽取式采样方式。抽取式采样分完全抽取法和稀释抽取法[3]。

目前国内燃煤电站大多数采用完全抽取法进行烟气采样,但是以往完全抽取法采样方式应用于湿烟气测量时,由于烟气中冷凝水滴和水雾对颗粒物监测的干扰,测量不够精确,特别是用于超净烟气测量时,更容易产生较大的误差。因此湿烟气烟尘仪的采样系统应设计采用具有湿烟气水分预处理功能的抽取系统。

此系统主要功能组成部分由取样探头、取样管线、样气预处理装置、射流风机、射流取样器、分析仪器组成。其采样处理过程及原理为:射流风机以一定的速度将冷空气注入射流取样器中,从而产生负压,将烟道中的烟气由取样探头从烟道中抽取烟气并引入样气预处理装置,此装置为一雾化腔式,使湿烟气加热气化后进入分析仪器,可有效排除冷凝水滴和水雾对分析仪器的测量影响,从而实现精确的烟尘浓度测量。

相比完全抽取取样方式,稀释抽取法取样系统对湿烟气进行了零空气稀释处理,其主要功能组成部分由采样探头、采样管线、射流风机、射流取样器、稀释风机、分析仪器等组成。其采样处理过程及原理为利用射流风机产生的负压将烟气经由采样探头吸入采样管线,同时稀释风机吸取零空气为稀释风在采样管线前端与湿烟气迅速混合,形成一定比例的稀释烟气,送至分析仪器中进行烟尘浓度测量。

稀释风可以达到减少湿烟气中冷凝水滴和水雾的影响目的,而更为有效的手段是在采样系统中引入加热模块的设计,烟气采样前,先对稀释风和采样管路进行加热,通过温控器控制采样管线烟气入口阀门的开关,当温度达到预定值时,连锁打开阀门,湿烟气在采样加热过程中变为干烟气,排除了湿气对测量的影响,进一步提高烟尘浓度测量的精度。

以上两种湿烟气采样方式均可得到较高的测量精度。稀释抽取采样系统,样气中混合了大量的纯净空气,使得净烟气的烟尘浓度大幅度降低,分析系统必须具有较高的灵敏度,同时,考虑样品稀释环节的误差传递因素,系统需对不同的稀释比进行检测和补偿,等速采样,并对测量结果进行修正。完全抽取采样系统相比稀释抽取采样系统,流速高、抽气量大,对仪器的腐蚀较重,也易造成系统堵塞,日常维护量更大。

3测定位置及仪器安装

对于烟尘浓度测量,测定位置应优先选择在垂直管段和烟道负压区域,应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。测定位置应设置在距矩形烟道弯头、变径下游方向不小于4倍烟道当量直径(当量直径D=2AB/(A+B),式中A、B为边长),以及距上述部件上游方向不小于2倍烟道当量直径处[3]。

在实际超低排放改造工程中,在原本有限的现场空间加装湿式电除尘器后,湿式电除尘器至烟囱间的烟道长度通常远不能满足6倍烟道当量直径的要求。因此测量装置建议安装在垂直烟囱上(离地面高度50米至60米),以确保前后直管段要求。

对于条件受限需要在烟道上安装的情况,测定位置需选择烟气流速稳定的断面,并保证安装位置前直管段大于后直管段(一些烟尘仪厂家的设计经验为前直管段4米,后直管段2米)。测定位置选择不易距离烟道壁过近,最好置于烟道侧壁中心位置,对于水平烟道应考虑烟尘的重力沉降因素。

为了便于运行、维护和标准分析取样,烟尘测量装置应设置永久、安全、便于采样和测试的操作平台,操作平台尺寸建议不小于2000mm×2000mm,便于装置控制单元和标准采样分析正常操作。另外,考虑携带仪器人员通行方便,通往操作台应设置“之”字形楼梯,楼梯宽度不小于0.9米,且有安全的保护措施。

参考文献略

延伸阅读:

脱硝氨逃逸监测系统的维护及优化

燃煤发电机组超低排放监测问题探讨

火电厂烟气脱硝氨逃逸与超低排放监测技术

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