煙氣排放連續監測系統的儀表選型及應用

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準》（GB 13223—2011）規定，SO2、NOx和煙塵排放限值分別為35、50、5 mg/m3，這對現有的煙氣濃度監測技術提出了很大的挑戰，目前正在進行的超低排放改造執行上述煙氣排放標準。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，對監測儀表的準確性、穩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測存在的問題

對于超低排放來說，為確保達標排放，SO2一般采用濕法脫硫作為末級控制治理設施，煙塵采用濕電除塵技術作為末級控制治理設施。雖然部分以上治理設施后面安裝了脫水設施，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]。

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

表1 超低濃度污染物排放指標的檢測標準

2 幾種煙氣濃度分析儀表的測量原理和技術性能對比

氣體污染物監測技術主要包括化學法和光學法，細分為非分散紅外吸收法、紫外差分吸收光譜法、紫外熒光法和化學發光法。由表2和表3對比可知，非分散紅外吸收法可測量程偏高，存在測量準確度低的問題；紫外熒光法和化學發光法測SO2和NOx的最小量程可達到0.1 mg/m3，監測下限極低，但很難實現在線監測。這些方法一般只限于單點測量，故障率高，維護量大，需要定期維護更新。相比之下，紫外差分吸收光譜法在低濃度污染氣體監測分析中比較適用[3]。

表2 幾種SO2監測技術分析儀主要參數的對比

表3 幾種NOx監測技術分析儀主要參數的對比

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確反映真實的煙塵值，對水分的干擾無法消除。針對這種情況，新的濕煙氣煙塵監測系統很好地解決該問題。

濕煙氣煙塵監測系統通過取樣裝置從煙道連續抽取代表性的煙氣，通過加熱到露點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測系統的干擾問題，然后采用傳統方法進行測量。最小量程可達7.5 mg/m3，最低檢出限小于1 mg/m3。

3 CEMS系統中煙氣分析儀的選用實例分析

某企業電站鍋爐在排放煙氣時采用了環保設計，設計內容是：脫硫工藝采用爐內石灰石干法脫硫，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；運用一爐一塔方式，不配置GGH設備、不加設增壓風機，沒有設置煙氣旁路，機組與脫硫系統共同運行，借助引風機的動力克服脫硫煙氣產生的阻力，按照燃用設計煤種時脫硫效率大于98%設計。

原標準規定排放限值下，實際運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。新的超低排放標準需要實現以下工況，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。

為確保煙氣自動監控系統（CEMS）能滿足新的超低排放控制要求，要對原有系統進行改造升級。原系統采用非分散紅外測量SO2和NO，并通過外置的轉化爐實現NOx濃度的測量，顆粒物采用動態閃爍法進行監測，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。在滿足新標準技術要求下最大限度地節省投資，考慮對原有系統進行充分利用[4]。不同煙氣分析儀的特征參數如表4所示。

表4 不同煙氣分析儀的特征參數

首先，利用原有的站房及其輔助系統。氣態污染物監測的采樣方式考慮實際工況和原有系統的充分再利用，選取抽取采樣法中的直接抽取法，并采用后處理方式，在分析儀前裝設冷凝-干燥系統。新建系統可以考慮稀釋抽取-外稀釋的方式，減少預處理的附屬設備，減少故障點，確保采樣預處理系統能長期穩定運行[5]。

其次，對于氣態污染物SO2排放濃度的監測方法，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，所以氣態污染物NOx排放濃度的監測選用化學發光法，通過內置的轉化爐實現對全部氮氧化物的測量。

對于顆粒物的監測，原測量方法已無法滿足技術要求。采用最新的抽取式高溫測量技術，能有效避免煙氣中水分的干擾，實現煙塵的準確監測。其他輔助參數沿用原有測量方法進行測量，最有效地利用原有設施，減少改造成本。

改造完成后，通過一段時間的檢驗，系統實現穩定運行，各項技術指標優于相關規范要求，改造項目順利通過各項環保驗收。

4 結語

近些年來，國家出臺了越來越嚴格的排放標準，推廣的超低排放目標為新建電廠及化工企業在煙氣排放連續監測系統建設方面提出更嚴苛的要求。煙氣監測系統中選擇儀表型號的合適與否直接決定了企業改造成本及環保治理設施投產后的運行質量和環境效益，因此煙氣排放企業要深刻比較與分析各類煙氣測量技術，設計和選擇適合實際工況的儀表型號，提升環保設施的運行穩定性，增加環境效益和社會效益。