燃煤火电厂超低排放机组性能测试技术研究

孟 磊

（大唐环境产业集团股份有限公司 北京 100087）

1 引言

目前，火电厂都进行了超低排放改造。超低排放改造完成后，需要通过性能测试验证超低排放改造工程效果，并且为通过环保验收提供基础。由于实施超低排放改造后，烟气中污染物浓度更低，对于污染物性能测试方法提出了新的要求。如何能准确测试超低排放机组污染物浓度，成为了重要的研究课题。

本论文主要通过理论研究与现场实测相结合研究了超低排放机组烟气量、颗粒物浓度以及二氧化硫浓度的测试方法，对于每种测试方法的原理、采样系统以及采用的主要仪器进行了介绍。通过本论文研究为超低排放机组性能测试提供理论依据，对于后续开展性能测试具有重要的借鉴意义。

2 烟气量测试方法

烟气量测试采用计算方法和现场测量两种方法，两种方法的结果进行对比，评价两种方法的一致性，考察计算烟气量的准确性，获得脱硫塔的准确烟气量。烟气量计算方法根据《锅炉机组热力计算标准方法》和《工业锅炉技术手册》中的计算方法进行计算，需要采集煤样，进行工业分析和元素分析，并结合锅炉氧量、负荷、煤量等数据进行计算。

现场测试采用国标GB/T 16157-1996中的皮托管差压法，差压法通过测定断面的总压与静压之差即动压，得到测定断面的湿排气平均流速，此值乘以测定断面面积，即可得到工况下的湿排气流量；由工况下的湿排气流量和大气压力、排气静压、排气温度、排气中水分含量体积百分数得到标准状态下干排气流量。

2.1 气量测试仪器

现场测试采用WJ-60B烟尘采样仪及配件：温度传感器、含湿量传感器和取样枪，使用该仪器测定烟气的温度、动压、静压、氧含量、水含量，之后根据设定好的采样网格进行流速测定，根据流速计算得出烟道的烟气流量。

2.2 烟气采样位置及采样孔

烟气流量的采样位置一般选在各台机组脱硫塔入口或出口管道的垂直管段，具体采样位置根据现场情况和GB/T 16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》进行确定[1]。由于管道中烟气流速并不均匀，同一断面需进行多点测量，如果烟道是圆形的，将烟道分成适当数量的等面积同心环，各测点选在各环等面积中心线与呈垂直相交的两条直径线的交点上，其中一条直径线应在预期浓度变化最大平面内，烟道的等面积环数、测量直径数及测点数根据现场烟道直径和国标要求进行确定；如果烟道是矩形或方形的，将烟道断面分成适当数量的等面积小块，各块中心即为测点，其采样点的个数根据现场烟道面积和国标要求进行确定。

3 颗粒物浓度的测试

3.1 测试方法

采用ELPI在线测量法和称重法结合，对脱硫塔进出口粉尘粒径分布进行针对性测量。利用ELPI仪器，在采样孔对烟气进行连续抽气采样120min-180min，可实时得到烟气中PM10(尤其是PM2.5)不同粒径下的分级荷电量、数浓度、粒径分布等。在脱硫塔设置的采样孔对烟气进行连续抽气采样120min-180min，用旋风分离器分别收集全范围灰样和PM2.5灰样,取样完毕后，取出预置的滤膜，放入烘箱烘干2小时，烘箱温度约105℃左右，然后取出放在干燥瓶内冷却至室温[2]；再用十万分之一(精度为0.01mg)天平进行称重,测得不同粒径的滤膜上颗粒物质量。通过以上操作，得到ELPI各级滤膜上收集的PM10(尤其是PM2.5)颗粒物的分级质量，以及称重法得到的全范围灰质量和PM2.5质量[3][4]。

3.2 测试系统及流程

图1所示为颗粒物采样测试系统流程图，整个测试系统包括：等速采样枪、烟气稀释系统、干燥系统、粉尘粒径测试系统（荷电低压撞击器（ELPI）、采样嘴、采样膜、采样泵、旋风分离器、扩散干燥器、温控器）。

图1 颗粒物采样测试系统示意图

4 脱硫塔出口液滴浓度测试方法

4.1 测试方法

根据GB/T 21508-2008《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》，使用等速采样装置（WJ-60B烟尘采样仪）进行采样。采样装置由液滴捕集装置和蛇形冷凝管组成。图2所示为，液滴采样装置。液滴捕集装置置于烟道中，烟气中大于一定粒径（约3微米）的液滴在重力和惯性力的作用下，附着在捕集装置的内壁上。捕集器与蛇形冷凝管之间的管道进行保温，以保证烟气不在管道中凝结。烟气进入蛇形冷凝管后进一步捕集未被液滴捕集装置捕集的液滴，最后将蛇形冷凝管和锥形瓶中的液滴和捕集器中的液滴一起收集定容，按GB/T 21508-2008中的方法进行浆液滴浓度的测量，即测定镁离子浓度，折算得到浆液滴浓度，称为浆液滴总浓度。

图2 新型液滴采样系统简图

4.2 测试仪器

现场测试采用WJ-60B烟尘采样仪、其配件温度传感器、含湿量传感器和取样枪，以及定制的液滴捕集器、蛇形冷凝管和锥形瓶。其中液滴捕集器由两部分组成，等速取样的烟气经过采样嘴进入一级捕集装置，大液滴被分离捕集下来，然后烟气继续通过二级液滴捕集装置，较小的液滴在此被捕捉并粘附在二级捕集装置的内壁上，然后反向折回取样管道。

5 烟气SO2浓度测试方法

我国环境标准规定的二氧化硫的分析方法有多种，其中仪器分析法有定电位电解法、自动滴定碘量法、溶液电导率法、非分散红外吸收法、紫外吸收法，适用于废气中二氧化硫的测定，仪器为便携式，可直接测出浓度，使用方便[5][6]。

5.1 定电位电解法原理

定电位电解传感器主要由电解槽、电解液和电极组成，传感器的三个电极分别称为敏感电极 (sensing electrode)、参比电极(reference electrode)、对电极(counter electrode)，简称 S.R.C。

传感器的工作过程为：被测气体由进气孔通过渗透膜扩散到敏感电极表面，在敏感电极、电解液、对电极之间进行氧化反应，参比电极在传感器中不暴露在被分析气体之中，用以为电解液中的工作电极提供恒定的电化学电位。被测气体通过渗透膜进入电解槽，传感器电解液中扩散吸收的二氧化硫发生如下的氧化反应：

与此同时产生对应的极限扩散电流i，在一定范围内其大小与二氧化硫浓度成正比，即：

在一定工作条件下，电子转移数Z、法拉第常数F、气体扩散面积S、扩散常数D和扩散层厚度δ均为常数。因此，电化学反应中流向工作电极的极限扩散电流i与被测的二氧化硫浓度C成正比。

被测气体中化学活化性强的物质对定电位电解穿感器的定量测定有干扰。被测气体中的尘和水分容易在渗透膜表面凝结，影响其透气性。在使用本方法时应对被测气体中的尘和水分进行预处理。

5.2 测试仪器

德国益康ecom J2KN型多功能烟气分析仪，其技术参数如下表所示。该仪器自带加热和除湿装置的采样管，可对被测气体中的尘和水分进行预处理。

结语

本论文主要介绍了超低排放机组主要污染物性能测试方法，并分析了每种方法的技术原理、采样系统以及主要仪器。通过本论文研究，提出了一种可以适用于超低排放机组的性能测试方法，并且都进行了现场验证，为后续燃煤火电机组开展超低排放性能测试提供基础。

参考文献

[1]GB/T 16157-1996,《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》[S].

[2]杨丁，陈威详.燃煤烟气低浓度粉尘排放测试的研究[J].电力科技与环保，2015，31(5):28-31.

[3]GB/T 15187-2005，湿式电除尘器性能测定方法[S].

[4]姚宇平J浅谈锅炉烟气测试中应注意的问题［J］.环境科学导刊，2009，（4）：52-53.

[5]张其武.烟气二氧化硫浓度智能检测仪的研制[D].山东大学，2005.

[6]孙红梅,彭慰先,孙桂娟.二氧化硫光谱检测技术.环境监测管理与技术,2004.6.