火電廠煙道流場測試斷面優化試驗研究

【摘要】本文以江蘇省裝機容量300MW以上火電廠為例，分析其CEMS流速測量現狀，就煙氣流速比對合格率低的問題展開分析，提出一套多點監測煙氣流量的測量方法，可明顯提高測量精度，取樣具有更好的代表性，能夠滿足運行監控和環保監測精度的要求。

【關鍵詞】火電廠 流場 優化

長期以來，我國能源消費結構中煤炭一直處于主導地位，占能源總量的70%左右l。燃煤產生的二氧化硫（S02）、氮氧化物（NOx）是造成大氣污染的主要污染物，也是國家“十二五環保規劃”中實行總量控制的主要污染物。燃煤電廠是耗煤大戶，也是煙氣污染物的排放大戶2。因此，對燃煤電廠污染物排放情況實行在線監測十分必要。

煙氣連續排放檢測系統（簡稱CEMS）正是在這一背景下應運而生，經過環境監測機構比對監測合格并正常運行的CEMS系統，其出具的數據可以作為排污申報核定、排污許可證發放、總量控制、環境統計、排污費征收和現場執法等環境監督管理的依據3。

目前，江蘇省裝機容量300MW以上火電廠都已安裝CEMS，主要監測因子有顆粒物、氣態污染物（含S02、NOx等）和有關排氣參數（含氧量、溫度、濕度和流速流量等），監測數據與環保部門聯網，實時傳送。按照《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》（ HJ/T 75-2007）要求，CEMS測定位置應避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位，當安裝位置不能滿足要求時，應盡可能選擇在氣流穩定的斷面。但大部分電廠的CEMS在實際安裝過程中受條件限制，很難滿足要求。監測斷面流場不穩定的情況下，慣性運動導致煙氣流速分布不均勻，很難選取有代表性的取樣區域，且火電廠CEMS煙氣流速測量均為單點取樣，因此，比對合格率較低，影響主要污染物總量減排實時統計工作。

本文就煙氣流速比對合格率低的問題展開分析，采用計算流體動力學軟件Fluent對煙道流場進行模擬分析，找出高中低流速區域分布，用多點監測煙氣流速的測量方法，提高測量精度，并通過手工監測來驗證模擬結果，為CEMS取樣點的設置提供參考依據。

一、江蘇省300MW以上電廠CEMS流速測量現狀調查

為進一步加強對重點污染源的監督管理，及時了解和掌握重點污染源污染物排放情況，為主要污染物總量減排、環境統計、污染監督等環境管理重點工作提供基礎數據，江蘇省環境監測中心根據環保部相關文件的要求，對全省300MW以上火電廠開展了監督比對監測工作。

201 1年全年江蘇省環境監測中心實際完成412臺次機組比對測試工作，煙氣流速的合格率僅為20.4%～36.50/0，煙氣流速合格率處于較低水平。

煙氣流速合格率偏低，主要是電廠的CEMS在實際安裝過程中普遍受條件限制，不能完全滿足《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》的要求，如安裝位置沒有完全避開煙道彎頭和斷面急劇變化所產生的影響，存在所測斷面氣體流量變化大，有氣體湍流影響的問題，由于CEMS煙氣流速為皮托管單點法測量，其測量值代表性較差，且對儀器維護要求相對高，直接影響煙氣流量測量的準確性。

二、多點監測煙氣流量測量方法

由于流速場分布不均導致同一監測斷面存在高中低流速區域，在不同負荷工況條件下高中低流速區域也不同，皮托管單點法流速測量很難找到固定的取樣代表性區域。筆者在研究目前主流的煙氣流速測量手段的基礎上，結合電力企業現有的技術條件，提出一套符合運行監控和環保監測精度要求的流量測量方法，即多點監測煙氣流量的測量方法，以滿足運行監控和環保監測精度的要求。

多點監測煙氣流量測量方法是指在煙道斷面具有代表性流速區域進行布點而實現多點監測，通過各測點流速值進行算術平均后輸出煙道斷面平均流速，根據煙道結構、風量、煙溫等邊界條件，通過Fluent軟件對煙道流場進行模擬分析，獲取監測斷面流速分布區域。根據Fluent軟件模擬分析的煙道斷面高、中、低流速區域作為布點依據，在將在線流速監測設備安裝在相應的流速區域并獲得斷面平均流速的一種方法。

2.1 現場示范點

對南京化工園某電廠4號煙囪入口流場模擬分析結果，在4號煙囪人口煙道斷面布設多臺煙氣流速儀，并通過手工比對對多點監測煙氣流量測量方法的準確性進行驗證。依據Fluent軟件模擬分析得出的煙道流速分布區域，在高、中、低流速區域進行布點，流速測量設備選用南京埃森環境技術有限公司生產的VPT511BF-A在線流速測量設備，在水平煙道上布置了5個監測點位，監測點分布情況如圖1所示。

圖l多點監測煙氣流量測量方法現場布點情況

2.2 手工比對測試及評價依據

采用S型皮托管進在環保測試孑L上進行監測，與多點監測煙氣流量測量方法測得的平均流速進行手工比對，比對依據參考HJ/T75-2007《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》7.2參比方法驗收內容中附錄D的技術指標要求，對比對監測結果進行評價。

（1）當流速>lOm/s時，相對誤差不超過±10%;

（2）當流速≤10m/s時，相對誤差不超過±12%。

2.3 比對結果分析

比對結果如圖2所示。

圖2多點網格流速在線測量系統與手工測量值比對

多點監測煙氣流量測量方法獲得的斷面平均流速為1 1.4m/s，與S型皮托管手工測試值1Im/s非常接近，兩者的相對誤差為4%，符合《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》（ HJ/T75-2007）的流速比對要求。從各監測點位來看，最低流速為2.6 m/s，最高流速在16 m/s，流場分布呈現高、中、低流速區域。流速實際測量值與Fluent軟件模擬分析結果存在一定差異，原因在于Fluent軟件分析時采用的邊界條件較為簡單，因此在模擬分析值上存在一定出入，但根據模擬分析得出的流速分布區域與多點監測煙氣流量測量方法較為吻合。

針對國內大多數電廠煙道布設不規范，流速場分布不均勻的現象，單點測量難以滿足煙道流速測量準確性的要求，參考根據Fluent軟件流場分布及手工網格采樣原理提出多點監測煙氣流量測量方法，在同一煙道截面上布設多臺流速儀，通過手工比對和在線式多點流速儀在線監測的比對驗證，比對合格率高，流速相對誤差低于5%。多點監測煙氣流量測量方法可有效解決單點測量難以代表斷面真實流速的問題，為發揮污染源在線自動監測系統的監測、監控作用，保證其監測數據的科學性、準確性、可靠性提供依據。

三、結論

通過以上研究表明，對于流速場分布不均勻的煙道，監測斷面存在高、中、低流速區域，用多點監測煙氣流量的測量方法，可明顯提高測量精度，取樣具有更好的代表性，能夠滿足運行監控和環保監測精度的要求。

參 考 文 獻[1]王雨.推進我國能源戰略轉型的路徑選擇[J].當代經濟研究，2014 （3）： 67-70[2]孟志浩，俞保云，燃煤鍋爐煙氣量及NOx排放量計算方法的探討[J].環境污染與防治，2009 （11）：107-109[3]常衛民，劉寧鍇，沈建康.火電廠煙氣自動化監測系統的比對監測[J].環境監測管理與技術，2007，19（1）： 41-44endprint