鍋爐超低排放煙氣在線監測技術探討

王大豐 于莉娜 孫文斌 王大為

摘要：隨著工業現代化發展，工業規模逐步擴大，排放的煙氣量也越來越大。本文介紹了火電廠煙氣在線監測技術的發展現狀，對幾種煙氣在線監測技術的實際性能進行了探究，闡述了鍋爐超低排放煙氣在線監測的發展歷程及前景。

關鍵詞：超低排放; 煙氣; 在線監測技術;

引言

現階段，我國的工業發展迅速，逐步成為社會經濟的中流砥柱，與建筑業、農業并列為基礎行業。隨著工業發展規模的不斷擴大，煙氣的排放量逐年增長，對周邊的生態環境造成較為嚴重的影響，如土地污染、水質污染以及空氣污染等。

隨著工業發展規模的迅速擴張，煙氣排放量逐年增長，空氣環境污染問題嚴重，引起社會各界的廣泛重視。近些年來，政府陸續出臺了以《煤電節能減排升級與改造行動計劃》為首的一系列相關文件，以此表現對火電廠實施超低排放改造的大力支持與推廣，并已經在我國東部地區試行。基于綠色發展理念，當前對火電廠污染物排放在線監測的精確性提出了較高的性能要求。由此可見，超低排放試點電廠煙氣在線監測系統的創新研發勢在必行，且必須明確其性能特點。

1 火電廠煙氣在線監測技術發展現狀

1.1 非分散紅外/紫外吸收法SO2和NOx監測技術

非分散紅外吸收法監測技術是我國開展“十一五”及“十二五”期間最常見的在線監測手段，尤其是在脫硫及脫硝等方面，其中含有部分紫外吸收技術。非分散紅外吸收法監測技術以朗伯-比爾吸收定律的光譜吸收技術為基礎，當光通過待測氣體時，氣體分子會吸收特定波長的光，可通過測定光被介質吸收的輻射強度計算出氣體濃度（I=I0e-KCL）。

1.2 紫外熒光法SO2監測技術

紫外熒光法的技術基礎是分子發光技術，在部分情況下，SO2氣體分子吸收波長基本保持在190nm～230 nm，紫外線能量呈激發態分子，激發態下的SO2分子并不穩定，受到任意刺激的情況可瞬間返回基態，正常激態下的SO2分子可發射波長為330 nm的特征熒光。當SO2分子的濃度較低時，所產生的特征熒光強度與SO2分子濃度呈線性關系。

1.3 化學發光法NOX監測技術

NOX監測技術的基礎就是化學發光法，它是通過特殊條件實現NO與過量O3的化學反應，促使兩者合成激發態的NO2。前文提到，激發態下的SO2分子較易受到外界刺激，從而返回基態，NO2分子與SO2同理。當激發態的NO2分子瞬間返回基態的情況下，會制造波長900 nm的近紅外熒光。當煙氣濃度較低時，NO與O3的化合反應能夠保持光強度與NO濃度的數據平衡，從而達到線性關系，有助于計算氣體NO的濃度。通常情況下，我們會采用NO+O3→NO2+O2以及NO2→NO2+hγ計算NO的濃度。

1.4 煙塵監測技術

隨著煙塵監測技術不斷的更新換代，煙塵監測技術也分為多種形式，主要包括光透射法煙塵監測技術、光散射法煙塵監測技術、電荷法煙塵監測技術以及β射線吸收法煙塵監測技術等。

光透射法煙塵監測技術。同非分散紅外吸收法監測技術一樣，光透射法煙塵監測技術也是將朗伯-比爾的吸收定律作為基礎理論。光通過含塵煙氣的過程時，其透過率與煙塵濃度逐漸形成下降關系，兩者相應數據顯示隨之降低。在實際應用該定律的過程中，研發出單光程與雙光程兩種儀器，為透過率與煙塵濃度關系研究提供了設備保障。

如果采用光透射法驗證透過率與煙塵濃度的關系，相關工作人員應當時刻注意顆粒物粒徑分布狀態，否則將無法保證光透射法結果的準確性。由于顆粒物粒徑分布狀態對光透射法的影響較大，導致光透射法的靈敏度不高。基于此，光透射法僅適用于煙塵濃度高、煙道直徑大且煙氣濕度低等狀況。

光散射法煙塵檢測技術從原理上講，當光線照射在煙塵上時會被煙塵吸收與散射處理，散射光的入光路徑將結合煙塵濃度而發生改變，散射光的強度與煙塵粒徑和入射光波長具有較大的關聯性。從本質上講，光散射法就是通過測量散射光的強度來監測煙塵濃度，在光散射法的實際運用過程中，將光的散射逐漸分化成前向散射、后向散射以及邊向散射三種類型。

由于光散射技術的靈敏度遠超非分散紅外吸收法監測技術以及光透射法煙塵監測技術，因此該項技術的測量質量濃度范圍從0.1 mg/m3分布至5 mg/m3，適用范圍較廣，所有煙塵濃度低、煙道直徑小等情況均可使用光散射技術。雖然該技術的計算精度及靈敏度高于其他兩種在線監測技術，且適用范圍相對較廣，但是同樣受到水汽的影響，不適合煙氣濕度高的情況。

1.5 煙氣預處理技術

現階段，國內多數的CEMS系統以非分散紅外/紫外吸收法技術作為基礎，通過直抽法進行煙塵取樣，其真實目的主要是為了防止系統堵塞和水汽對測量的干擾，基于此，在計算相應數值之前，需要執行煙氣預處理，具體就是對煙氣進行除塵與干燥處理。預處理裝置的處理效果將直接影響CMES系統的整體性能，通常以處理后的煙氣露點作為主要參考數值，以此判斷預處理的性能。

在實際開展煙氣預處理工作的過程中，最常見的預處理方式就是“過濾+冷凝”。在多種預處理手段中，煙氣過濾除塵技術相對成熟，且預后工作完善，實施該項技術的過程中較為常用的零部件包括金屬濾芯、陶瓷燒結濾芯以及膜式過濾器等。通常情況下，采樣探頭處應進行初步過濾，煙氣樣本在進入分析儀之前應當進行深度過濾，且深度過濾后煙氣的顆粒物的粒徑必須達到0.5μg～1μg。

2 幾種煙氣在線監測技術的性能比較

截止目前，國內最常見的煙氣在線監測技術為非分散紅外吸收法、非分散紫外吸收差分法以及化學發光法三種類型。結合實際效果分析，非分散紅外吸收法的最小量程為0 mg/m3～308 mg/m3，非分散紫外吸收法的最小量程為0 mg/m3～100 mg/m3，而化學發光法的最小量程為0 mg/m3～0.1 mg/m3。從實際的檢出下限來看，非分散紅外吸收法的檢出下限為≤1.5 mg/m3，非分散紫外吸收法的檢出下限為≤1.05 mg/m3，而化學發光法的檢出下限為0.33×10-3。

非分散紅外吸收法適用于高煙塵、低濕度、高濃度的場所，非分散紫外差分法則適用于高煙塵、低濕度以及中濃度的情況，而化學發光法則適用于中低煙塵、高濕度以及低濃度的實驗場所。結合以上數據分析，傳統的非分散紅外吸收法分析儀中，SO2分子以及NOx分子的最小量程分別為286 mg/m3和308 mg/m3，無法滿足當前社會對火電廠超低排放污染物的在線監測需求。另一方面，紫外熒光法與化學發光法中，對SO2分子以及NOx分子的最小量程的檢出下限極低，自身具備靈敏度高、選擇型號、試樣量少以及操作簡單等優勢，廣泛分布于生物學、醫藥學以及環境科學等多個領域。

3 結語

綜上所述，國內工業領域實施超低排放改造措施勢在必行，且在實施改造后，進出口的煙氣特性差異相對較大。在環境污染問題及綠色發展理念的影響下，煙氣監測對CEMS系統的配置提出了更高更具體的技術要求。

參考文獻

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