火电厂排放烟气含湿量软测量方法研究

陈咏城

(广东红海湾发电有限公司，广东　汕尾　516623)

火电厂排放烟气含湿量软测量方法研究

陈咏城

(广东红海湾发电有限公司，广东汕尾516623)

根据热力学基本原理，分析石灰石石膏湿法烟气脱硫各阶段烟气含湿量的变化过程，提出了一种烟气含湿量软测量的方法。实践表明:该方法比较传统的干湿氧量法、电容法，具有测量准确、稳定等优势，可为目前使用的测量方法提供比对参考。

火电厂;烟气含湿量;软测量

火电厂排放烟气含湿量常用的测量方法有干湿氧量法、电容法等［1］，其存在测量精度不高、仪表启动时间长、测量滞后较大等问题，直接影响排放烟气中污染物浓度的折算。随着环保要求的提高，对环保相关测量仪表的准确性和可靠性提出了更高的要求。对发电企业而言，提供准确、可靠的烟气含湿量测量数据是通过排放总量核查的关键。

近年来，软测量技术在火电厂中已有广泛的应用，如烟气含氧量、飞灰含碳量、煤粉浓度等，通过软测量技术，不仅可以解决工程上某些变量难以准确检测的问题，而且可以为用硬件方法能检测到的变量提供校正参考。

笔者针对石灰石石膏湿法烟气脱硫系统，建立排放烟气含湿量软测量模型，并进行逻辑实现，取得良好的应用效果。

1　测量中存在的问题

1.1干湿氧量法

干湿氧量法是指由2个氧量传感器分别测定湿态烟气和干态烟气含氧量，按式(1)计算烟气中含湿量，其中湿态含氧量通常采用插入式氧化锆探头在烟道中直接测量，干态含氧量通常采用抽取法将烟气抽取后冷凝除湿，用氧电池进行测量。

式中:φSW为湿烟气中水的体积分数(含湿量)，%;φ'O2为湿烟气中氧的体积分数，%;φO2为干烟气中氧的体积分数，%。

这种测量方法存在的问题有:

(1)氧量测量的零点漂移和量程漂移均为24 h内不超过满量程的±2.5%，2台测氧仪在实际测量中一台测氧仪可能出现正漂移，另一台出现负漂移，漂移不一致将导致误差叠加。

(2)2台测氧仪测量数据的时间不一致，其中插入式氧化锆为实时测量，抽取式氧电池测量由于需要经过取样探头、取样管等再进行冷凝除湿，测量会滞后约160 s(以取样管长度为70 m为例)，这将导致在机组变负荷阶段，氧量波动较大时所计算的数据不稳定，测量准确性降低。

1.2电容法

电容法是利用水分的变化和电容值变化之间的关系直接测量含湿量，一般串联安装在烟气取样管进入冷凝器前，其存在的问题有:

测量系统启动时间长，导致系统实时性差。由于采用抽取法的烟气连续监测系统需定期进行探头反吹扫、标气全行程校验等，导致干空气或标气进入取样管线，引起含湿量测量变小，当切换到正常测量模式后含湿量测量系统需经过一定时间才能恢复到正常测量状态。在反吹扫和全行程校验过程中将导致测量数据波动。目前设备集成商一般采用在逻辑上对数据进行保持的方法实现连续测量。

2　软测量模型的建立

2.1热力过程分析

软测量技术的基本思想是对于那些难以测量或者暂时不能测量的重要变量(称为主导变量)，选择一组与主导变量相关的可测变量(称为辅助变量或二次变量)，通过构造某种数学关系来推断和估计主导变量，用软件来代替硬件(传感器)功能［2］。

石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺流程图见图1。

烟气通过GGH(烟气换热器)原烟气侧(A—B)的过程中，烟气温度降低，气体体积变小(压力相对于标准大气压的变化较小，忽略压力变化的影响);但由于影响气体体积的主要因素为分子的距离和分子数目，且气体分子的距离是可以变化的，即可以压缩也可以膨胀。所以在此过程中烟气各成分的气体体积比可近似认为是不变的，即烟气含湿量在这个过程中保持不变。同理，烟气含湿量在烟气通过GGH净烟气侧(C—D)的过程中也可近似认为保持不变。在烟气通过吸收塔(B—C)的过程中，其热力过程按绝热增湿简化模型考虑，整个烟气处理过程中保持烟气焓值不变，烟气中的含湿量不断增加，直至湿烟气为饱和状态［3］，水分蒸发所吸收的热能来自烟气本身，烟气温度降低。

2.2计算公式的建立

通过热力过程的分析可知，只要求取脱硫吸收塔出口烟气的含湿量并加以修正，可求得排放烟气的含湿量。而吸收塔出口烟气饱和含湿量近似计算公式如下［4］:

式中:φSW为湿烟气中水的体积分数(含湿量)，%;pbv为烟气温度tb下对应的饱和水蒸气压力，kPa;pa为大气压力，kPa;ps为测点处静压力，kPa。

根据tb值，由饱和水蒸气压力表中可查得pbv，pa取标准大气压101.325 kPa，ps由排放烟气压力和GGH净烟气侧压差计算得出。对烟气温度对应的饱和水蒸气压力［5］简化表达见表1，作为逻辑计算的折线函数。

表1　烟气温度-饱和水蒸气压力

2.3软测量的逻辑实现

综合上述分析，选取排放烟气含湿量作为主导变量，吸收塔出口温度、排放烟气压力、GGH净烟气侧压差作为辅助变量，烟气含湿量软测量计算逻辑图见图2。

逻辑图中增加了偏差修正值，主要是因为GGH存在漏风，导致部分含湿量较小的烟气漏至净烟气侧，且在烟气经过吸收塔出口烟道至烟囱烟道过程中存在部分水分凝结至烟道疏水系统。该修正值由多次干湿球法测量值与软测量法测量值之差求平均值得到。

3　应用效果

某火电厂2台600 MW机组均采用石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺，无脱硫旁路系统。2014年10月、2015年1月分别利用环保局进行比对试验的机会，对实测含湿量与湿度仪测量值、软测量计算值进行比对，其中实测含湿量采用干湿球法，湿度仪采用电容法，以实测浓度为近似测量真值。测量结果见表2［1］。

表2　不同测量方法测得含湿量的比对分析

由于干湿球法的测量机理决定了其不适合于连续测量烟气的含湿量，所以通过DCS历史曲线观察电容法、软测量法在连续测量上的趋势准确性，见图3。

由图3可见:两种测量方法历史曲线趋势基本一致，电容法测量值每隔6 h会向下突变，这是由于取样系统定期进行压缩空气反吹扫引起。

4　结语

目前，火电厂烟气在线监测系统主要采用干湿氧量法、电容法测定排放烟气中的含湿量，在国家环保标准中也有相应的主要技术指标可供参考，方便环保数据比对等相关工作;但数据测量的准确性、稳定性一直没有一种可连续在线比对的方法供参考。通过使用排放烟气软测量技术，可为现有的湿度仪测量提供比对参考。

［1］中华人民共和国环境保护部.HJ/T 76—2007固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法(试行)［S］.北京:中国环境科学出版社，2007.

［2］韩璞，王东风，翟永杰.基于神经网络的火电厂烟气含氧量软测量［J］.信息与控制，2001(2):189-192.

［3］朱文斌，王定.石灰石石膏湿法烟气脱硫吸收塔出口烟气温度及蒸发水量的计算分析与修正［J］.锅炉技术，2007，38 (4):68-71.

［4］国家环境保护总局.空气和废气监测分析方法［M］.北京:中国环境科学出版社，2003.

［5］严家騄，余晓福，王永青.水和水蒸气热力性质图表［M］.北京:高等教育出版社，2004.

Soft Sensing of Flue Gas Moisture Content in Thermal Power Plant

Chen Yongcheng
(Guangdong Redbay Power Generation Co.，Ltd.，Shanwei 516623，Guangdong Province，China)

A method for soft sensing of flue gas moisture content was proposed according to basic thermodynamic principles，so as to study the variation law of flue gas moisture in different desulfurization stages using limestone-gypsum wet process.Practices indicate that the method has the advantages of accurate measurement and good stability in comparison with traditional dry and wet oxygen method and capacitance method，which therefore may serve as a reference for comparison with currently used methods.

thermal power plant;flue gas moisture content;soft sensing

X701

A

1671-086X(2016)01-0061-03

2015-08-20

陈咏城(1983—)，男，工程师，主要从事火电厂热工自动化设备系统的检修、维护工作。

E-mail:ydsw_cyc@163.com