火電廠排放煙氣含濕量軟測量方法研究

陳詠城

(廣東紅海灣發電有限公司，廣東　汕尾　516623)

火電廠排放煙氣含濕量軟測量方法研究

陳詠城

(廣東紅海灣發電有限公司，廣東汕尾516623)

根據熱力學基本原理，分析石灰石石膏濕法煙氣脫硫各階段煙氣含濕量的變化過程，提出了一種煙氣含濕量軟測量的方法。實踐表明:該方法比較傳統的干濕氧量法、電容法，具有測量準確、穩定等優勢，可為目前使用的測量方法提供比對參考。

火電廠;煙氣含濕量;軟測量

火電廠排放煙氣含濕量常用的測量方法有干濕氧量法、電容法等［1］，其存在測量精度不高、儀表啟動時間長、測量滯后較大等問題，直接影響排放煙氣中污染物濃度的折算。隨著環保要求的提高，對環保相關測量儀表的準確性和可靠性提出了更高的要求。對發電企業而言，提供準確、可靠的煙氣含濕量測量數據是通過排放總量核查的關鍵。

近年來，軟測量技術在火電廠中已有廣泛的應用，如煙氣含氧量、飛灰含碳量、煤粉濃度等，通過軟測量技術，不僅可以解決工程上某些變量難以準確檢測的問題，而且可以為用硬件方法能檢測到的變量提供校正參考。

筆者針對石灰石石膏濕法煙氣脫硫系統，建立排放煙氣含濕量軟測量模型，并進行邏輯實現，取得良好的應用效果。

1　測量中存在的問題

1.1干濕氧量法

干濕氧量法是指由2個氧量傳感器分別測定濕態煙氣和干態煙氣含氧量，按式(1)計算煙氣中含濕量，其中濕態含氧量通常采用插入式氧化鋯探頭在煙道中直接測量，干態含氧量通常采用抽取法將煙氣抽取后冷凝除濕，用氧電池進行測量。

式中:φSW為濕煙氣中水的體積分數(含濕量)，%;φ'O2為濕煙氣中氧的體積分數，%;φO2為干煙氣中氧的體積分數，%。

這種測量方法存在的問題有:

(1)氧量測量的零點漂移和量程漂移均為24 h內不超過滿量程的±2.5%，2臺測氧儀在實際測量中一臺測氧儀可能出現正漂移，另一臺出現負漂移，漂移不一致將導致誤差疊加。

(2)2臺測氧儀測量數據的時間不一致，其中插入式氧化鋯為實時測量，抽取式氧電池測量由于需要經過取樣探頭、取樣管等再進行冷凝除濕，測量會滯后約160 s(以取樣管長度為70 m為例)，這將導致在機組變負荷階段，氧量波動較大時所計算的數據不穩定，測量準確性降低。

1.2電容法

電容法是利用水分的變化和電容值變化之間的關系直接測量含濕量，一般串聯安裝在煙氣取樣管進入冷凝器前，其存在的問題有:

測量系統啟動時間長，導致系統實時性差。由于采用抽取法的煙氣連續監測系統需定期進行探頭反吹掃、標氣全行程校驗等，導致干空氣或標氣進入取樣管線，引起含濕量測量變小，當切換到正常測量模式后含濕量測量系統需經過一定時間才能恢復到正常測量狀態。在反吹掃和全行程校驗過程中將導致測量數據波動。目前設備集成商一般采用在邏輯上對數據進行保持的方法實現連續測量。

2　軟測量模型的建立

2.1熱力過程分析

軟測量技術的基本思想是對于那些難以測量或者暫時不能測量的重要變量(稱為主導變量)，選擇一組與主導變量相關的可測變量(稱為輔助變量或二次變量)，通過構造某種數學關系來推斷和估計主導變量，用軟件來代替硬件(傳感器)功能［2］。

石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝流程圖見圖1。

煙氣通過GGH(煙氣換熱器)原煙氣側(A—B)的過程中，煙氣溫度降低，氣體體積變小(壓力相對于標準大氣壓的變化較小，忽略壓力變化的影響);但由于影響氣體體積的主要因素為分子的距離和分子數目，且氣體分子的距離是可以變化的，即可以壓縮也可以膨脹。所以在此過程中煙氣各成分的氣體體積比可近似認為是不變的，即煙氣含濕量在這個過程中保持不變。同理，煙氣含濕量在煙氣通過GGH凈煙氣側(C—D)的過程中也可近似認為保持不變。在煙氣通過吸收塔(B—C)的過程中，其熱力過程按絕熱增濕簡化模型考慮，整個煙氣處理過程中保持煙氣焓值不變，煙氣中的含濕量不斷增加，直至濕煙氣為飽和狀態［3］，水分蒸發所吸收的熱能來自煙氣本身，煙氣溫度降低。

2.2計算公式的建立

通過熱力過程的分析可知，只要求取脫硫吸收塔出口煙氣的含濕量并加以修正，可求得排放煙氣的含濕量。而吸收塔出口煙氣飽和含濕量近似計算公式如下［4］:

式中:φSW為濕煙氣中水的體積分數(含濕量)，%;pbv為煙氣溫度tb下對應的飽和水蒸氣壓力，kPa;pa為大氣壓力，kPa;ps為測點處靜壓力，kPa。

根據tb值，由飽和水蒸氣壓力表中可查得pbv，pa取標準大氣壓101.325 kPa，ps由排放煙氣壓力和GGH凈煙氣側壓差計算得出。對煙氣溫度對應的飽和水蒸氣壓力［5］簡化表達見表1，作為邏輯計算的折線函數。

表1　煙氣溫度-飽和水蒸氣壓力

2.3軟測量的邏輯實現

綜合上述分析，選取排放煙氣含濕量作為主導變量，吸收塔出口溫度、排放煙氣壓力、GGH凈煙氣側壓差作為輔助變量，煙氣含濕量軟測量計算邏輯圖見圖2。

邏輯圖中增加了偏差修正值，主要是因為GGH存在漏風，導致部分含濕量較小的煙氣漏至凈煙氣側，且在煙氣經過吸收塔出口煙道至煙囪煙道過程中存在部分水分凝結至煙道疏水系統。該修正值由多次干濕球法測量值與軟測量法測量值之差求平均值得到。

3　應用效果

某火電廠2臺600 MW機組均采用石灰石石膏濕法煙氣脫硫工藝，無脫硫旁路系統。2014年10月、2015年1月分別利用環保局進行比對試驗的機會，對實測含濕量與濕度儀測量值、軟測量計算值進行比對，其中實測含濕量采用干濕球法，濕度儀采用電容法，以實測濃度為近似測量真值。測量結果見表2［1］。

表2　不同測量方法測得含濕量的比對分析

由于干濕球法的測量機理決定了其不適合于連續測量煙氣的含濕量，所以通過DCS歷史曲線觀察電容法、軟測量法在連續測量上的趨勢準確性，見圖3。

由圖3可見:兩種測量方法歷史曲線趨勢基本一致，電容法測量值每隔6 h會向下突變，這是由于取樣系統定期進行壓縮空氣反吹掃引起。

4　結語

目前，火電廠煙氣在線監測系統主要采用干濕氧量法、電容法測定排放煙氣中的含濕量，在國家環保標準中也有相應的主要技術指標可供參考，方便環保數據比對等相關工作;但數據測量的準確性、穩定性一直沒有一種可連續在線比對的方法供參考。通過使用排放煙氣軟測量技術，可為現有的濕度儀測量提供比對參考。

［1］中華人民共和國環境保護部.HJ/T 76—2007固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法(試行)［S］.北京:中國環境科學出版社，2007.

［2］韓璞，王東風，翟永杰.基于神經網絡的火電廠煙氣含氧量軟測量［J］.信息與控制，2001(2):189-192.

［3］朱文斌，王定.石灰石石膏濕法煙氣脫硫吸收塔出口煙氣溫度及蒸發水量的計算分析與修正［J］.鍋爐技術，2007，38 (4):68-71.

［4］國家環境保護總局.空氣和廢氣監測分析方法［M］.北京:中國環境科學出版社，2003.

［5］嚴家騄，余曉福，王永青.水和水蒸氣熱力性質圖表［M］.北京:高等教育出版社，2004.

Soft Sensing of Flue Gas Moisture Content in Thermal Power Plant

Chen Yongcheng
(Guangdong Redbay Power Generation Co.，Ltd.，Shanwei 516623，Guangdong Province，China)

A method for soft sensing of flue gas moisture content was proposed according to basic thermodynamic principles，so as to study the variation law of flue gas moisture in different desulfurization stages using limestone-gypsum wet process.Practices indicate that the method has the advantages of accurate measurement and good stability in comparison with traditional dry and wet oxygen method and capacitance method，which therefore may serve as a reference for comparison with currently used methods.

thermal power plant;flue gas moisture content;soft sensing

X701

A

1671-086X(2016)01-0061-03

2015-08-20

陳詠城(1983—)，男，工程師，主要從事火電廠熱工自動化設備系統的檢修、維護工作。

E-mail:ydsw_cyc@163.com