煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的儀表選型及應(yīng)用

沈海峰

（杭州博高科技有限公司，杭州 310000）

《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）規(guī)定，SO2、NOx和煙塵排放限值分別為35、50、5 mg/m3，這對現(xiàn)有的煙氣濃度監(jiān)測技術(shù)提出了很大的挑戰(zhàn)，目前正在進(jìn)行的超低排放改造執(zhí)行上述煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)。超低排放煙氣具有SO2、NOx、煙塵排放濃度低和煙氣濕度大的特點(diǎn)，對監(jiān)測儀表的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求[1]。

1 低濃度大氣污染物監(jiān)測存在的問題

對于超低排放來說，為確保達(dá)標(biāo)排放，SO2一般采用濕法脫硫作為末級控制治理設(shè)施，煙塵采用濕電除塵技術(shù)作為末級控制治理設(shè)施。雖然部分以上治理設(shè)施后面安裝了脫水設(shè)施，但脫水能力有限，排放煙氣中水分含量一般為12%左右，而煙氣中的污染物組分含量比較低[2]。

針對當(dāng)前超低排放后煙氣濃度低和濕度大的特點(diǎn)，原用于高濃度氣體污染物排放的監(jiān)測儀器（非分散紅外占70%左右）存在測量準(zhǔn)確度低、檢測下限高、抗干擾性和環(huán)境適應(yīng)性差等突出問題（見表1），已難以滿足新的排放監(jiān)測要求。

表1 超低濃度污染物排放指標(biāo)的檢測標(biāo)準(zhǔn)

2 幾種煙氣濃度分析儀表的測量原理和技術(shù)性能對比

氣體污染物監(jiān)測技術(shù)主要包括化學(xué)法和光學(xué)法，細(xì)分為非分散紅外吸收法、紫外差分吸收光譜法、紫外熒光法和化學(xué)發(fā)光法。由表2和表3對比可知，非分散紅外吸收法可測量程偏高，存在測量準(zhǔn)確度低的問題；紫外熒光法和化學(xué)發(fā)光法測SO2和NOx的最小量程可達(dá)到0.1 mg/m3，監(jiān)測下限極低，但很難實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。這些方法一般只限于單點(diǎn)測量，故障率高，維護(hù)量大，需要定期維護(hù)更新。相比之下，紫外差分吸收光譜法在低濃度污染氣體監(jiān)測分析中比較適用[3]。

表2 幾種SO2監(jiān)測技術(shù)分析儀主要參數(shù)的對比

表3 幾種NOx監(jiān)測技術(shù)分析儀主要參數(shù)的對比

煙塵測量常用濁度法與散射法，但對于低濃度、高濕度的測量，普通的煙塵測量方式已無法準(zhǔn)確反映真實(shí)的煙塵值，對水分的干擾無法消除。針對這種情況，新的濕煙氣煙塵監(jiān)測系統(tǒng)很好地解決該問題。

濕煙氣煙塵監(jiān)測系統(tǒng)通過取樣裝置從煙道連續(xù)抽取代表性的煙氣，通過加熱到露點(diǎn)溫度以上使水滴汽化，有效地克服濕法脫硫除塵后冷凝和水滴對原位煙塵監(jiān)測系統(tǒng)的干擾問題，然后采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行測量。最小量程可達(dá)7.5 mg/m3，最低檢出限小于1 mg/m3。

3 CEMS系統(tǒng)中煙氣分析儀的選用實(shí)例分析

某企業(yè)電站鍋爐在排放煙氣時(shí)采用了環(huán)保設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容是：脫硫工藝采用爐內(nèi)石灰石干法脫硫，爐外石灰石-石膏濕法脫硫；脫硝工藝采用選擇性非催化還原（SNCR）+臭氧氧化技術(shù)；運(yùn)用一爐一塔方式，不配置GGH設(shè)備、不加設(shè)增壓風(fēng)機(jī)，沒有設(shè)置煙氣旁路，機(jī)組與脫硫系統(tǒng)共同運(yùn)行，借助引風(fēng)機(jī)的動力克服脫硫煙氣產(chǎn)生的阻力，按照燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)脫硫效率大于98%設(shè)計(jì)。

原標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定排放限值下，實(shí)際運(yùn)行煙塵排放的濃度控制在10.0～20.0 mg/Nm3，NOx排放濃度控制在60.0～80.0 mg/Nm3，SO2排放濃度控制在30.0～40.0 mg/Nm3。新的超低排放標(biāo)準(zhǔn)需要實(shí)現(xiàn)以下工況，煙塵排放濃度控制在1.0～3.0 mg/Nm3，NOx排放濃度控制35.0～45.0 mg/Nm3，SO2排放濃度控制在10.0～30.0 mg/Nm3。

為確保煙氣自動監(jiān)控系統(tǒng)（CEMS）能滿足新的超低排放控制要求，要對原有系統(tǒng)進(jìn)行改造升級。原系統(tǒng)采用非分散紅外測量SO2和NO，并通過外置的轉(zhuǎn)化爐實(shí)現(xiàn)NOx濃度的測量，顆粒物采用動態(tài)閃爍法進(jìn)行監(jiān)測，溫度采用熱電阻法，壓力和流速采用差壓變送法，濕度采用電容式傳感器。在滿足新標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求下最大限度地節(jié)省投資，考慮對原有系統(tǒng)進(jìn)行充分利用[4]。不同煙氣分析儀的特征參數(shù)如表4所示。

表4 不同煙氣分析儀的特征參數(shù)

首先，利用原有的站房及其輔助系統(tǒng)。氣態(tài)污染物監(jiān)測的采樣方式考慮實(shí)際工況和原有系統(tǒng)的充分再利用，選取抽取采樣法中的直接抽取法，并采用后處理方式，在分析儀前裝設(shè)冷凝-干燥系統(tǒng)。新建系統(tǒng)可以考慮稀釋抽取-外稀釋的方式，減少預(yù)處理的附屬設(shè)備，減少故障點(diǎn)，確保采樣預(yù)處理系統(tǒng)能長期穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

其次，對于氣態(tài)污染物SO2排放濃度的監(jiān)測方法，通過對比表4的幾種方法，最終選用基于紫外熒光法原理的測量儀表。該方法能較好地避免煙氣中水分的干擾，并對低濃度測量有較好的適用性。然而，其只能用于測量單組分，所以氣態(tài)污染物NOx排放濃度的監(jiān)測選用化學(xué)發(fā)光法，通過內(nèi)置的轉(zhuǎn)化爐實(shí)現(xiàn)對全部氮氧化物的測量。

對于顆粒物的監(jiān)測，原測量方法已無法滿足技術(shù)要求。采用最新的抽取式高溫測量技術(shù)，能有效避免煙氣中水分的干擾，實(shí)現(xiàn)煙塵的準(zhǔn)確監(jiān)測。其他輔助參數(shù)沿用原有測量方法進(jìn)行測量，最有效地利用原有設(shè)施，減少改造成本。

改造完成后，通過一段時(shí)間的檢驗(yàn)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于相關(guān)規(guī)范要求，改造項(xiàng)目順利通過各項(xiàng)環(huán)保驗(yàn)收。

4 結(jié)語

近些年來，國家出臺了越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，推廣的超低排放目標(biāo)為新建電廠及化工企業(yè)在煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)方面提出更嚴(yán)苛的要求。煙氣監(jiān)測系統(tǒng)中選擇儀表型號的合適與否直接決定了企業(yè)改造成本及環(huán)保治理設(shè)施投產(chǎn)后的運(yùn)行質(zhì)量和環(huán)境效益，因此煙氣排放企業(yè)要深刻比較與分析各類煙氣測量技術(shù)，設(shè)計(jì)和選擇適合實(shí)際工況的儀表型號，提升環(huán)保設(shè)施的運(yùn)行穩(wěn)定性，增加環(huán)境效益和社會效益。