皇甫常凯
江苏四方锅炉有限公司 江苏 徐州 221000
摘要：超低排放改造后，对污染物在线监测的精确性提出了更高要求。文章通过对比几种应用于二氧化硫、氮氧化物和烟尘的典型监测技术，提出了适用于超低排放改造的烟气在线监测系统优化配置方案，为火电厂超低排放改造中烟气在线监测系统的选型提供参考。
关键词：超低排放烟气；监测技术
引言
现阶段，我国的工业发展迅速，逐步成为社会经济的中流砥柱，与建筑业、农业并列为基础行业。随着工业发展规模的不断扩大，烟气的排放量逐年增长，对周边的生态环境造成较为严重的影响，如土地污染、水质污染以及空气污染等。随着工业发展规模的迅速扩张，烟气排放量逐年增长，空气环境污染问题严重，引起社会各界的广泛重视。近些年来，政府陆续出台了以《煤电节能减排升级与改造行动计划》为首的一系列相关文件，以此表现对火电厂实施超低排放改造的大力支持与推广，并已经在我国东部地区试行。国家出台了一系列文件、措施和鼓励性政策支持火电厂实施超低排放改造，并在东部地区进行了试点。经过试点后，“十三五”期间将在全国范围内实施火电厂超低排放改造，改造后烟气排放限值执行标准为烟尘10mg/m3、二氧化硫35mg/m3、氮氧化物50mg/m3。
1锅炉超低排放烟气在线监测的重要性
超低排放改造后，烟气污染物浓度大幅降低，烟气水分含量增大，烟气特性发生了较大改变，对污染物在线监测的精确性提出了更高要求。因此，在现阶段总结超低排放试点电厂烟气在线监测系统（CEMS）的运行情况，分析对比各种烟气监测技术的性能特点，对于“十三五”火电厂超低排放改造中CEMS的选型具有积极作用。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，将会对超低排放烟气在线监测仪表提出更高的要求。
2锅炉超低排放烟气在线监测现状
2.1除湿装置故障原因
由于安装原因或产品质量原因，除湿装置电源保险熔断，造成除湿装置退出运行，采样烟气中的水分无法分离析出，导致露点值迅速上升，到达露点报警值后联锁保护动作造成CEMS故障停运。
2.2露点报警原因
露点值正常运行范围在-80～4℃之间，如果露点检测装置故障或露点检测探头积水，造成露点值显示异常失真，达到4℃以上时联锁保护动作导致CEMS故障停运。2号机组CEMS露点报警，初步怀疑是露点检测装置故障，更换露点检测装置后检测显示正常，投入运行观察；露点报警现象再次出现，期间对烟气采样管路用压缩空气进行吹扫，清除积水后检测显示正常，投入运行观察。
2.3除氨器堵塞原因
分析仪出现流量低故障，经检查发现采样烟气至除氨器入口附着浅黄色残留物，造成采样烟气通路堵塞，导致烟气流量低。该除氨装置为定量除氨，除氨介质达到临界吸收量后就停止除氨。存在设计缺陷，管路弯头较多，加上除氨介质填充物在取样泵设计出力保持不变，导致采样烟气气阻增大，延长了亚硫酸氢铵粒子在除氨器的滞留时间，长时间积聚后形成粘稠状附着物。
3锅炉超低排放烟气在线监测技术
3.1紫外荧光法SO2监测技术
紫外荧光法的技术基础是分子发光技术，在部分情况下，SO2气体分子吸收波长基本保持在190nm～230nm，紫外线能量呈激发态分子，激发态下的SO2分子并不稳定，受到任意刺激的情况可瞬间返回基态，正常激态下的SO2分子可发射波长为330nm的特征荧光。当SO2分子的浓度较低时，所产生的特征荧光强度与SO2分子浓度呈线性关系。
3.2化学发光法NOX监测技术
NOX监测技术的基础就是化学发光法，它是通过特殊条件实现NO与过量O3的化学反应，促使两者合成激发态的NO2。前文提到，激发态下的SO2分子较易受到外界刺激，从而返回基态，NO2分子与SO2同理。当激发态的NO2分子瞬间返回基态的情况下，会制造波长900nm的近红外荧光。当烟气浓度较低时，NO与O3的化合反应能够保持光强度与NO浓度的数据平衡，从而达到线性关系，有助于计算气体NO的浓度。通常情况下，我们会采用NO+O3→NO2+O2以及NO2→NO2+hγ计算NO的浓度。
3.3烟气预处理技术
现阶段，国内多数的CEMS系统以非分散红外/紫外吸收法技术作为基础，通过直抽法进行烟尘取样，其真实目的主要是为了防止系统堵塞和水汽对测量的干扰，基于此，在计算相应数值之前，需要执行烟气预处理，具体就是对烟气进行除尘与干燥处理。超低排放改造后，烟气污染物浓度大幅降低，在线监测的适应性取决于系统的检出下限，而CEMS的检出下限受分析仪本体和烟气预处理装置两部分制约。在实际应用的烟气预处理中，直接抽取+冷干法占70%，均采用冷凝除水技术。该技术在冷凝过程中，冷凝水会吸收携带部分SO2和NOX，以致在超低浓度工况下的监测数据严重失真甚至无检测数据，不能满足HI/T76标准的技术要求。预处理装置的处理效果将直接影响CMES系统的整体性能，通常以处理后的烟气露点作为主要参考数值，以此判断预处理的性能。
3.4光透射法烟尘监测技术
同非分散红外吸收法监测技术一样，光透射法烟尘监测技术也是将朗伯-比尔的吸收定律作为基础理论。光通过含尘烟气的过程时，其透过率与烟尘浓度逐渐形成下降关系，两者相应数据显示随之降低。在实际应用中一般是将烟气等速抽取，经升温加热使水分雾化不出现液滴，再通过光散射等低浓度测量方法进行测量；另一种是将烟气等速抽取，将加热干燥的空气与其按一定比例混合稀释，从而降低烟气中的水分含量，再通过光散射等低浓度测量方法进行测量，结合混合气体的稀释比计算出烟尘浓度。这种方式采用低浓度测量原理，优化了烟气采样和预处理，有效解决目前超低排放改造中高湿低浓度烟尘在线监测的问题，在湿式除尘后已有广泛应用。在实际应用该定律的过程中，研发出单光程与双光程两种仪器，为透过率与烟尘浓度关系研究提供了设备保障。
结束语
超低排放改造实施后，进出口烟气特性差异较大，烟气监测对CEMS的系统配置提出了更高、更具体的要求，建议在可研或技术规范书里明确各测点不同污染物对烟气取样方式、预处理、分析仪的测量原理、量程、检出下限等主要参数和选型的具体要求。在超低排放改造中，脱硫和脱硝入口CEMS仍可采用常规的预处理装置和非分散红外技术测量SO2和NOX浓度，除尘器前可采用光透射法测量烟尘浓度。在脱硫和脱硝出口特别是湿式除尘后，SO2和NOX的测量优先采用紫外荧光法和化学发光法技术；若采用直抽法非分散紫外吸收/差分法分析仪时，应同时配备除水性能更优越的膜渗透烟气预处理技术。
参考文献
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