火电厂湿烟气超低粉尘排放在线监测技术分析

董国明

摘要:由于我国对火电厂尾气的排放量的要求越来越严格，所以相应的技术措施也被利用起来。目前许多火电厂都开始使用湿式电除尘来达到排放量的最低标准，然而受湿烟气中液滴影响及超低粉尘测量精度要求，传统烟尘仪难以满足实际测量要求，基于此，文章就火电厂湿烟气超低粉尘排放在线监测技术进行分析。

关键词:湿烟气；湿式电除尘；超低排放；烟尘仪；光散射

为进一步提升煤电高效清洁发展水平，2014年国家“三部委”联合发布了《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014－2020年)》，推行更严格能效环保标准，要求分别在不同时段要求不同地区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(即烟尘排放浓度小于10mg/m3)。江浙地区及京津冀地区部分火电厂提出了更严的排放要求，烟尘排放要求做到＜5mg/m3。针对基本达到燃气轮机组排放限值的要求，采用在脱硫尾部新增湿式电除尘器的技术，能有效率除去超细粉尘，实现超低排放，已被越来越多火电厂所认同，然而对于湿烟气超低浓度烟尘的测量，一直是个难点，笔者主要针对湿法脱硫后湿烟气环境下的粉尘监测，分析了目前国内外几种常用的在线烟尘仪的原理及特点，对今后选取超低粉尘在线监测提供了参考和借鉴。

一、烟气成分分析

湿式电除尘器安装于脱硫吸收塔出口，采用高压静电除尘原理，使烟气中的粉尘、液滴、石膏等颗粒物荷电，收集到阳极板/阳极布上，通过液滴自身重力或喷洒碱性液体进行回收处理，达到对烟气中颗粒物的去除。与脱硫吸收塔出口相比，湿式除尘出口烟气成份基本不发生变化，烟气温度一般为45～60℃，烟气成分中固体状态的粉尘和石膏与烟气中液态水混合形成石膏浆液，以液体状态存在于烟气中，另外烟气成分中还包括气体状态的CO2、NOx、SO2、O2、液态水和汽态的水蒸汽、粉尘颗粒物等。

二、传统测量方法

1.浊度法。半导体激光器发射激光通过烟道中的烟气，激光通过含有粉尘颗粒物的烟气时被粉尘吸收、反射和散射，然后被烟道另一端安装的反射镜反射回信号光探测器监测。该方法将光源与探测器分别安装在烟道两侧，光遇到烟尘颗粒后由于吸收、散射等作用使光强衰减，探测器接收的是颗粒的透射光。根据郎伯－比尔定律，透射光强与颗粒的大小和浓度相关，这就为烟尘颗粒物浓度测量提供了尺度，通过计算介质的浊度，得到烟尘的质量浓度。

2.光散射法(后散射图)。光散射法基于光散射原理，当光束入射到颗粒(不管是固体颗粒、液滴或者气泡)上时，将向空间四周散射，光的各个散射参数与烟尘颗粒的浓度密切相关。将探测器安装在某一散射角处，获得散射光强数据后，基于散射理论对烟尘浓度进行反演，得到烟尘的质量浓度。

3.β射线法:粉尘粒子吸收β射线的量与粉尘粒子的质量成正比关系，根据粉尘粒子吸收β射线的量计算粉尘浓度。此方法的缺点是不能连续监测，常用于空气站粉尘的监测。

4.滤膜称重法:采用规定的流量进行采样，将烟尘中的颗粒物捕集在滤筒上，滤筒采样前后的质量差，可以算出粉尘浓度，此方法一般作为参比设备，比对其他连续监测设备的准确性。

三、传统烟尘仪测量湿烟气的局限性

通过上述介绍可知，不管是基于浊度法还光散射法进行烟尘测量，均是通过光学的物理特性进行信号采集，目前较多的应用于干烟气(烟气温度＞100℃)的测量(如电除尘出口)，或烟尘浓度较大(通常＞30mg/m3)的场合，烟尘测量仪能够很好的满足测量要求。湿烟气成份中含有液滴，在光的透射过程中，饱和湿烟气水分会造成光的折射、吸收，影响测量结果。有研究表明，当烟气温度在100℃以上时，烟气中水份是气态的，不会影响烟尘的监测结果;当烟气温度低于100℃时，水是散布在烟气中的液态的小水滴，这个时候需要做参比试验，测算出水份对烟尘监测的影响值，再对监测数据加工处理，可以大致消除液滴影响，当水分含量发生变化，易对测量结果产生较大影响。

四、火电厂湿烟气超低粉尘排放在线监测技术

1.湿烟气低浓度粉尘测量方法

为了消除湿烟气中液滴对光在测量过程中影响，我们可以将湿烟气进行加热后，再进行测量。目前针对湿烟气的在线测量，采取先进行抽取，然后稀释加热处理，最后进行光散射原理测量。基本原理如下:它从排放的烟气中连续抽取含尘湿烟气，由高精度温度控制的高功率加热器，对湿烟气进行空气稀释以及恒定温度加热后，在测量池内通过光学原理(光散射)测量粉尘浓度。发射光源穿过测量池，照射烟尘粒子，被照射的烟尘粒子将反射光信号，反射光的信号强度与烟尘浓度成正比，因此可以计算出烟道中的粉尘浓度。湿烟气低浓度烟尘仪采取抽取+加热的方式对湿烟气进行干燥处理，能够消除烟气中水分对测量结果的影响，提高了测量的准确性。目前国内外湿烟气低浓度烟尘仪具有代表性的如PCME181WS(英国)、D－R820F(德国)、SICK－FWE200(德国)、PFM06ED(德国)。湿烟气低浓度粉尘测量方法的技术特点：(1)采样管线加热，通常加热至120℃，避免烟气冷凝及探头粘灰，大大提高测量精度；(2)能够实现等流速取样，最大限度避免测量误差，满足取样规范标准GB/T16157－1996；(3)精度高，最低检测限达0．1mg/m3；(4)实时连续测量，反应快，分析时间小于2s；(5)能自动进行零点满度校验，具有反吹清洁功能，最大限度的减少维护工作。

2.稀释抽取式前散射法

传统的测量方法都有自己本身的局限性。对于湿烟气超低粉尘的监测遇到的两个难题，我们可以采用稀释抽取式前散射法进行连续监测。稀释抽取法是采样方法:主要是采用等速采样原理，对烟气进行抽取，并对烟气进行稀释，然后把烟气加热到温度高于140℃，把水变成水蒸气，去除水滴对光散射的影响，再利用光前散射原理，对粉尘进行监测。这种稀释抽取前散射法可以忽略湿烟气中水滴对测量的影响，用激光前散射的方法也可以提高测量精度和准确度，检出限也能达到0．1mg/m3。目前比较有代表性的产品是:D－Ｒ820F(杜拉格)等。此系统可以分为以下五个子系统:稀释加热系统、采样系统、测量系统、反吹系统和校准系统。稀释抽取式前散射法系统特点如下：①低维护:增加稀释风机，稀释采样降低系统管道内样品粉尘含量，提高了系统维护间隔。②自动反吹:减少采样管路粉尘残留，减少系统维护。③自动校准:自动校零，量程校准，视窗沾污自动修正；④稀释采样:采样探头处相对湿度降低30%～70%。⑤采样探头、探杆采用316号不锈钢，耐腐蚀。⑥配置LCD显示屏，菜单设置简单，方便，快捷。⑦安装简单，不需要复杂的同轴度安装。⑧工作寿命长，内部没有运动部件，壳体严格密封，防止烟气腐蚀。⑨适用于烟气湿度较大的工况。

四、结束语：

目前对于在线粉尘检测仪器比对验收采用的是滤筒称重法，执行的是我国国家环保部颁发的《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》(HJ/T75－2007)，在线仪器的测量误差允许值15mg/m3。按照上述要求，虽然现有在线烟尘仪基本都能通过验收，但随着国家对超低排放的执行越来越严，加上环保电价的执行，相信在不久的将来，新的测量标准及检测方法就会出台，将会对超低粉尘在线监测仪表提出更高的要求。

参考文献:

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[3]张涛．激光透射式粉尘仪的微弱信号处理［J］．机电工程研究，2011，28(12)