一、火電廠煙氣在線監(jiān)測(cè)設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀

1.非分散紅外/紫外吸收法SO2和NOx監(jiān)測(cè)技術(shù)

“十一五”和“十二五”期間，國(guó)內(nèi)在脫硫和脫硝上應(yīng)用最為廣泛的是非分散紅外吸收法監(jiān)測(cè)技術(shù)，有少部分紫外吸收技術(shù)。這類技術(shù)是基于朗伯-比爾（Lambert-Beer）吸收定律的光譜吸收技術(shù)，其基本分析原理是：當(dāng)光通過(guò)待測(cè)氣體時(shí)，氣體分子會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光，可通過(guò)測(cè)定光被介質(zhì)吸收的輻射強(qiáng)度計(jì)算出氣體濃度。

2.紫外熒光法SO2監(jiān)測(cè)技術(shù)

紫外熒光法基于分子發(fā)光技術(shù)，在一定條件下，SO2氣體分子吸收波長(zhǎng)為190～230nm，紫外線能量成為激發(fā)態(tài)分子，激發(fā)態(tài)的SO2分子不穩(wěn)定，瞬間返回基態(tài)，發(fā)射出波長(zhǎng)為330nm的特征熒光。在濃度較低時(shí)，特征熒光的強(qiáng)度與SO2濃度成線性關(guān)系，即可通過(guò)檢測(cè)熒光強(qiáng)度計(jì)算SO2濃度。

3.化學(xué)發(fā)光法NOx監(jiān)測(cè)技術(shù)

化學(xué)發(fā)光法是在一定條件下，NO與過(guò)量的O3發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的NO2。激發(fā)態(tài)NO2返回基態(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)為900nm的近紅外熒光。在濃度較低情況下，NO與O3充分反映發(fā)出的光強(qiáng)度與NO濃度成線性關(guān)系，即可通過(guò)檢測(cè)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度計(jì)算NO濃度。

二、煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.光透射法煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)。光透射法技術(shù)基于朗伯-比爾定律，即光穿過(guò)含塵煙氣時(shí)透過(guò)率與煙塵濃度呈指數(shù)下降關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中有單光程和雙光程兩種類型的儀器，光透射法的準(zhǔn)確性受顆粒物粒徑分布影響較大，且靈敏度不高，一般用于煙塵濃度高（大于300mg/m3）、煙道直徑大且煙氣濕度低的工況。

2.光散射法煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)。光照射在煙塵上時(shí)會(huì)被煙塵吸收和散射，散射光偏離光入射的路徑，散射光強(qiáng)度與煙塵粒徑和入射光波長(zhǎng)有關(guān)，光散射法就是采用測(cè)量散射光強(qiáng)度來(lái)監(jiān)測(cè)煙塵濃度的。在實(shí)際應(yīng)用中有前向散射、后向散射和邊向散射三種類型。該技術(shù)靈敏度高，能夠測(cè)量低至0.1mg/m3的煙塵濃度，最低量程可達(dá)到0-5mg/m3，適用于煙塵濃度低、煙道直徑小的情況。但該技術(shù)同樣容易受水汽影響，不適宜煙氣濕度高的工況。

3.電荷法煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)。所有煙塵顆粒均帶有電荷，顆粒物接觸或摩擦?xí)r將產(chǎn)生電荷交換，電荷法就是用電絕緣傳感探針測(cè)量探頭和附近氣流或直接與探頭碰撞的顆粒物之間的電荷交換來(lái)測(cè)量煙塵濃度的。該技術(shù)除受煙塵粒徑變化、組分變化和煙氣濕度影響外，還受煙氣流速影響，主要用于布袋除塵的泄漏檢測(cè)和報(bào)警等定性測(cè)量，少在CEMS中應(yīng)用。

4.β射線吸收法煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)。β射線具有一定穿透力，當(dāng)它穿過(guò)一定厚度的吸收物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度隨吸收物質(zhì)厚度的增加逐漸減弱，通過(guò)測(cè)量穿過(guò)物質(zhì)前后的β射線強(qiáng)度，即可得出吸收物質(zhì)的濃度。該技術(shù)基于抽取式測(cè)量方式，不受煙塵粒徑分布、折射系數(shù)、組分變化、煙氣濕度等影響，可用于煙塵濃度低、煙氣濕度大的工況。但抽取式測(cè)量屬于點(diǎn)測(cè)量，不適合煙氣流速變化大、煙塵濃度分層的場(chǎng)所。

三、煙氣預(yù)處理技術(shù)

基于非分散紅外/紫外吸收法技術(shù)的CEMS系統(tǒng)多數(shù)采用直抽法取樣，為防止系統(tǒng)堵塞和水分對(duì)測(cè)量的干擾，需要對(duì)煙氣進(jìn)行除塵和除水處理。預(yù)處理裝置的效果直接影響CMES的整體性能，通常以處理后的煙氣露點(diǎn)作為重要指標(biāo)來(lái)判定預(yù)處理的性能。在實(shí)際應(yīng)用中，“過(guò)濾+冷凝”的預(yù)處理方式較為廣泛。

其中煙氣過(guò)濾除塵技術(shù)較為成熟，常用的有金屬濾芯、陶瓷燒結(jié)濾芯和膜式過(guò)濾器。煙氣冷凝除水技術(shù)較為常用的有壓縮機(jī)冷凝和半導(dǎo)體冷凝，可將煙氣露點(diǎn)干燥至5℃。新興技術(shù)中有高分子膜式滲透除水技術(shù)，采用高分子聚合親水材料，具有高選擇性除水性能，不改變煙氣中SO2和NOx污染物因子成份，可將煙氣露點(diǎn)干燥至-5℃以下。

四、幾種煙氣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的性能比較

國(guó)內(nèi)火電廠煙氣在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品眾多，本文結(jié)合各種產(chǎn)品的運(yùn)行情況，參考了擁有該種技術(shù)典型品牌產(chǎn)品的說(shuō)明書(shū)，對(duì)超低排放較為關(guān)注的量程、精度等重要指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。其中最小量程指的是最小物理量程，而非軟件遷移的量程。

1.SO2和NOx監(jiān)測(cè)技術(shù)的比較

根據(jù)《固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》（HJ/T76），按超低排放限值計(jì)算，SO2和NOx量程應(yīng)不大于175mg/m3和250mg/m3。非分散紫外吸收/差分法分析儀的最小量程滿足HI/T76標(biāo)準(zhǔn)要求，但CEMS系統(tǒng)的整體性能不但與分析儀本身性能有關(guān)，還受煙氣預(yù)處理系統(tǒng)性能的影響。

2.煙塵監(jiān)測(cè)技術(shù)的比較

在火電廠超低排放改造中，煙塵濃度一般要達(dá)到10mg/m3以下。尤其以濕式除塵改造為主要技術(shù)路線的煙氣中水分含量較大，給煙塵的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)帶來(lái)挑戰(zhàn)。β射線法技術(shù)量程低，可達(dá)到低濃度煙塵監(jiān)測(cè)的精度要求，但其成套價(jià)格較高，且β射線裝置屬于放射源，國(guó)家輻射管理部門對(duì)其銷售、運(yùn)輸、使用過(guò)程、報(bào)廢等都有嚴(yán)格的監(jiān)管，不便于應(yīng)用推廣，所以其在CEMS上應(yīng)用也較少。

在實(shí)際應(yīng)用中一般是將煙氣等速抽取，經(jīng)升溫加熱使水分霧化不出現(xiàn)液滴，再通過(guò)光散射等低濃度測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量；另一種是將煙氣等速抽取，將加熱干燥的空氣與其按一定比例混合稀釋，從而降低煙氣中的水分含量，再通過(guò)光散射等低濃度測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合混合氣體的稀釋比計(jì)算出煙塵濃度。這種方式采用低濃度測(cè)量原理，優(yōu)化了煙氣采樣和預(yù)處理，有效解決目前超低排放改造中高濕低濃度煙塵在線監(jiān)測(cè)的問(wèn)題，在濕式除塵后已有廣泛應(yīng)用。

3.煙氣預(yù)處理技術(shù)的比較

火電廠實(shí)施超低排放改造后，煙氣污染物濃度大幅降低，在線監(jiān)測(cè)的適應(yīng)性取決于系統(tǒng)的檢出下限，而CEMS的檢出下限受分析儀本體和煙氣預(yù)處理裝置兩部分制約。在實(shí)際應(yīng)用的煙氣預(yù)處理中，直接抽取+冷干法占70%，均采用冷凝除水技術(shù)。該技術(shù)在冷凝過(guò)程中，冷凝水會(huì)吸收攜帶部分SO2和NOx，以致在超低濃度工況下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真甚至無(wú)檢測(cè)數(shù)據(jù)，不能滿足HI/T76標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。水分含量越高對(duì)測(cè)量結(jié)果影響越大，其中滲透膜除水技術(shù)對(duì)SO2測(cè)量的影響遠(yuǎn)小于其他除水技術(shù)，其除水效果優(yōu)于其他技術(shù)。

由此而知，在直抽法采用紫外吸收/差分法分析儀時(shí)，應(yīng)同時(shí)選用除水效果更好的煙氣預(yù)處理技術(shù)，否則監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能嚴(yán)重失真甚至檢測(cè)不出數(shù)據(jù)。在稀釋法取樣中，預(yù)處理側(cè)重于對(duì)稀釋氣體的處理，通常配備專門的壓縮空氣凈化裝置或者發(fā)生裝置，經(jīng)精密過(guò)濾和干燥，可將露點(diǎn)降至-40℃，不需要加熱采樣管線。在CEMS中，稀釋抽取法通常與紫外熒光和化學(xué)發(fā)光技術(shù)配套使用。

綜上所述，超低排放改造實(shí)施后，進(jìn)出口煙氣特性差異較大，煙氣監(jiān)測(cè)對(duì)CEMS的系統(tǒng)配置提出了更高、更具體的要求，建議在可研或技術(shù)規(guī)范書(shū)里明確各測(cè)點(diǎn)不同污染物對(duì)煙氣取樣方式、預(yù)處理、分析儀的測(cè)量原理、量程、檢出下限等主要參數(shù)和選型的具體要求。

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