烟气排放连续监测系统的仪表选型及应用

沈海峰

（杭州博高科技有限公司，杭州 310000）

《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）规定，SO2、NOx和烟尘排放限值分别为35、50、5 mg/m3，这对现有的烟气浓度监测技术提出了很大的挑战，目前正在进行的超低排放改造执行上述烟气排放标准。超低排放烟气具有SO2、NOx、烟尘排放浓度低和烟气湿度大的特点，对监测仪表的准确性、稳定性和可靠性提出了更高的要求[1]。

1 低浓度大气污染物监测存在的问题

对于超低排放来说，为确保达标排放，SO2一般采用湿法脱硫作为末级控制治理设施，烟尘采用湿电除尘技术作为末级控制治理设施。虽然部分以上治理设施后面安装了脱水设施，但脱水能力有限，排放烟气中水分含量一般为12%左右，而烟气中的污染物组分含量比较低[2]。

针对当前超低排放后烟气浓度低和湿度大的特点，原用于高浓度气体污染物排放的监测仪器（非分散红外占70%左右）存在测量准确度低、检测下限高、抗干扰性和环境适应性差等突出问题（见表1），已难以满足新的排放监测要求。

表1 超低浓度污染物排放指标的检测标准

2 几种烟气浓度分析仪表的测量原理和技术性能对比

气体污染物监测技术主要包括化学法和光学法，细分为非分散红外吸收法、紫外差分吸收光谱法、紫外荧光法和化学发光法。由表2和表3对比可知，非分散红外吸收法可测量程偏高，存在测量准确度低的问题；紫外荧光法和化学发光法测SO2和NOx的最小量程可达到0.1 mg/m3，监测下限极低，但很难实现在线监测。这些方法一般只限于单点测量，故障率高，维护量大，需要定期维护更新。相比之下，紫外差分吸收光谱法在低浓度污染气体监测分析中比较适用[3]。

表2 几种SO2监测技术分析仪主要参数的对比

表3 几种NOx监测技术分析仪主要参数的对比

烟尘测量常用浊度法与散射法，但对于低浓度、高湿度的测量，普通的烟尘测量方式已无法准确反映真实的烟尘值，对水分的干扰无法消除。针对这种情况，新的湿烟气烟尘监测系统很好地解决该问题。

湿烟气烟尘监测系统通过取样装置从烟道连续抽取代表性的烟气，通过加热到露点温度以上使水滴汽化，有效地克服湿法脱硫除尘后冷凝和水滴对原位烟尘监测系统的干扰问题，然后采用传统方法进行测量。最小量程可达7.5 mg/m3，最低检出限小于1 mg/m3。

3 CEMS系统中烟气分析仪的选用实例分析

某企业电站锅炉在排放烟气时采用了环保设计，设计内容是：脱硫工艺采用炉内石灰石干法脱硫，炉外石灰石-石膏湿法脱硫；脱硝工艺采用选择性非催化还原（SNCR）+臭氧氧化技术；运用一炉一塔方式，不配置GGH设备、不加设增压风机，没有设置烟气旁路，机组与脱硫系统共同运行，借助引风机的动力克服脱硫烟气产生的阻力，按照燃用设计煤种时脱硫效率大于98%设计。

原标准规定排放限值下，实际运行烟尘排放的浓度控制在10.0～20.0 mg/Nm3，NOx排放浓度控制在60.0～80.0 mg/Nm3，SO2排放浓度控制在30.0～40.0 mg/Nm3。新的超低排放标准需要实现以下工况，烟尘排放浓度控制在1.0～3.0 mg/Nm3，NOx排放浓度控制35.0～45.0 mg/Nm3，SO2排放浓度控制在10.0～30.0 mg/Nm3。

为确保烟气自动监控系统（CEMS）能满足新的超低排放控制要求，要对原有系统进行改造升级。原系统采用非分散红外测量SO2和NO，并通过外置的转化炉实现NOx浓度的测量，颗粒物采用动态闪烁法进行监测，温度采用热电阻法，压力和流速采用差压变送法，湿度采用电容式传感器。在满足新标准技术要求下最大限度地节省投资，考虑对原有系统进行充分利用[4]。不同烟气分析仪的特征参数如表4所示。

表4 不同烟气分析仪的特征参数

首先，利用原有的站房及其辅助系统。气态污染物监测的采样方式考虑实际工况和原有系统的充分再利用，选取抽取采样法中的直接抽取法，并采用后处理方式，在分析仪前装设冷凝-干燥系统。新建系统可以考虑稀释抽取-外稀释的方式，减少预处理的附属设备，减少故障点，确保采样预处理系统能长期稳定运行[5]。

其次，对于气态污染物SO2排放浓度的监测方法，通过对比表4的几种方法，最终选用基于紫外荧光法原理的测量仪表。该方法能较好地避免烟气中水分的干扰，并对低浓度测量有较好的适用性。然而，其只能用于测量单组分，所以气态污染物NOx排放浓度的监测选用化学发光法，通过内置的转化炉实现对全部氮氧化物的测量。

对于颗粒物的监测，原测量方法已无法满足技术要求。采用最新的抽取式高温测量技术，能有效避免烟气中水分的干扰，实现烟尘的准确监测。其他辅助参数沿用原有测量方法进行测量，最有效地利用原有设施，减少改造成本。

改造完成后，通过一段时间的检验，系统实现稳定运行，各项技术指标优于相关规范要求，改造项目顺利通过各项环保验收。

4 结语

近些年来，国家出台了越来越严格的排放标准，推广的超低排放目标为新建电厂及化工企业在烟气排放连续监测系统建设方面提出更严苛的要求。烟气监测系统中选择仪表型号的合适与否直接决定了企业改造成本及环保治理设施投产后的运行质量和环境效益，因此烟气排放企业要深刻比较与分析各类烟气测量技术，设计和选择适合实际工况的仪表型号，提升环保设施的运行稳定性，增加环境效益和社会效益。