超低排放湿式除尘烟尘监测技术在火力发电厂中的应用

摘 要：国家发改委、国家环保部、国家能源局联合发文要求，2014—2020年中国东部地区现役30万kW及以上公用燃煤发电机组和有条件的30万kW以下公用燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造，即在基准氧含量6%条件下，烟尘排放浓度分别不高于10 mg/m3，目前国内尚无相应烟尘仪测量技术标准。该文列举了目前市场是主要应用于湿烟气颗粒物测量的技术及方法。

2014年9月12日，国家发改委、国家环保部、国家能源局联合发文“关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》的通知”中要求，稳步推进东部地区现役30万kW及以上公用燃煤发电机组和有条件的30万kW以下公用燃煤发电机组实施大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值的环保改造。燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50 mg/m3)。华电滕州新源热电有限公司#1机组在2015年4月份实施完成了湿式除尘器改造，烟尘排放达到了超低排放标准。

而目前关于超低排放颗粒物排放测量国家标准《固定污染源烟气排放连续检测技术规范(试行)》(HJ/T75)中参比方法验收技术考核指标要求，当颗粒物排放浓度不大于50 mg/m3时，绝对误差不超过±15 mg/m3，而电厂实现“超低排放”后，颗粒物浓度要降低到10 mg/m3，甚至5 mg/m3，数值已经小于绝对误差。如何实时连续在线监测超低排放燃煤电厂的颗粒排放浓度，正确评价电厂颗粒物排放水平，是一个现实而重要的问题。

1 湿式除尘器烟尘测量技术对比

目前粉尘的主流测量方法以直接抽取高温气化加激光前向散射测量技术和稀释抽取加激光前向散射测，市场火力发电厂湿除尘烟尘仪，主要以PCME、SICK、Durag、Thermo Fisher为主，市场占有率超过90%。

1.1 直接抽取高温气化加激光前向散射测量技术

直接抽取高温气化加激光前向散射测量技术以PCME和SICK为主要代表。其测量原理如图1所示。

如图1所示：6-取样风机，以一定的速度将零空气注入3-射流取样器，从而产生负压，将烟道样气从1-取样探头处抽取到4-雾化腔室，水汽在雾化腔室内气化后进入5-测量单元，进行颗粒物的测量。零空气和烟道样气混合后由2-尾气排放口注入烟道。其以射流取样及高温雾化腔室完成对烟道气的采集及预处理，达到常规探头正常运行所需的外部条件，从而顺利实现对湿烟气中颗粒物的实时在线测量。

PCME STACK 181 WS适合于湿法除尘器和其他低于露点(冷烟道条件)或有水滴存在下的颗粒物排放测量。抽取系统从烟道中连续抽取代表性烟气，加热到结露点温度以上使水滴蒸发，然后测量干烟气条件下的颗粒物浓度。在湿法除尘之后使用此加热抽取的方法有效地克服了在湿法除尘后原位颗粒物监测的冷凝和水滴影响的问题。

PCME STACK 181 WS使用先进的ProScatter前散射粉尘仪传感器(PCME QAL 181)，通过德国TUV认证，通过英国环保局MCERTS认证(在干烟气条件下的PCME STACK 181符合QAL1规范，通过中国环保产品认证)。认证量程涵盖0～15 mg/m3及0～100 mg/m3。

该抽取系统采用了改良的气流增强器，这意味着该系统没有移动部件或风扇，不会结块堵塞或被污染。取样时，烟气通过同一采样端口返回烟道。该仪器测量的关键部分是专利的ProScatterTM前散射粉尘仪测量传感器，得益于窄角度前散射(使得颗粒物类型和折射率变化影响最小化)。相较于光散射传感器入射角度，181WS降低了灵敏度。181WS得益于强大的图形用户界面，合理的结构设计，对光散射传感器、加热系统、取样管线的流量进行自动控制和实时监测，实现了对饱和湿烟气和有水滴的湿烟道中精确的颗粒物浓度测量。

1.2 高温抽取稀释加激光前向散射测量技术

高温抽取稀释加激光前向散射测量技术主要是以Durag和Fordisch为代表。其测量原理如图2所示。

如图2所示，取样风机以恒定的速度将零空气注入到射流取样器中，射流取样器产生负压来引流样气及稀释气体。样气通过高温加热的Probe，稀释风机以一定速度注入稀释零气到高温探头和样气混合，混合后的稀释样气经过高温球阀后进入测量腔室，用激光前向散射的测量技术进行测量。稀释气体管路上装有流速及温度传感器，可以准确测量单位时间内稀释零气的体积;稀释后的气体管路上也同样装有流速及温度传感器，稀释后样气单位时间内的体积也是可以准确测量的;稀释后腔室单位时间内气体的质量除以单位时间内抽取样气的质量就是稀释比。

采用稀释法测量颗粒物浓度，可以降低烟气的露点;同时可以通过稀释泵，将零气注入到采样腔室，来校验系统的零点。系统具有自动零点及满度检查的功能，能及时发现激光前向散射测量仪器的污染、激光器衰减等问题。

1.3 光散射和震荡微天平方法

光散射和震荡天平联用的方法实现颗粒物的浓度测量。这种测量原理以Thermo Fisher为主要代表。取样探头抽取样气，经过稀释后(稀释降低烟气的露点)分成两路，一路进入光散射测量单元进行测量，多余的稀释样气通过旁路质量流量计和泵排空;采样气体的体积是通过采样管路上的质量流量控制器MFC进行测量和控制。

同时在程序设定的时间内，稀释后的样气经过光散射测量单元后，在进入震荡天平，测试单位时间内颗粒物的质量，同时精确测量经过的样气体积，得到稀释样气的质量浓度，从而来校核光散射的测量误差。

以浙江、山东已投产的湿除尘机组的曲线分析：该公司排放出口抽取式烟尘仪能够满足烟尘低于5 mg/Nm3环境下稳定测量的要求。但是不能反映机组负荷变化过程中烟尘变化趋势，与电除尘出口烟尘表变化趋势一致性不敏感。

2 结论

(1)目前PCME采用等速取样的方式来实现采样流速和工况流速跟随;SICK采用过采样的方式实现采样流速大于烟气流速的过采样方式。系统具有自动零点及满度检查的功能，能及时发现激光前向散射测量仪器的污染、激光器衰减等问题。

(2)Durag采用稀释法测量颗粒物浓度，可以降低烟气的露点;同时可以通过稀释泵，将零气注入到采样腔室，来校验系统的零点。系统具有自动零点及满度检查的功能，能及时发现激光前向散射测量仪器的污染、激光器衰减等问题。

(3)Thermo Fisher其采用稀释法，降低采样烟气露点;用光散射方法实现稀释烟气颗粒物浓度的准确测量，同时可以在设定的时间内将样气进入震荡天平进行质量测量，从而来校核光散射的测量误差。

以上几种适合超低排放烟尘测量技术，他们都采用了不同的方法，解决掉烟气中水分对测量的影响，而且设备各有特点，目前SICK和PCME设备均已通过中国环境监测总站检测环保认证。