超低排放濕式除塵煙塵監測技術在火力發電廠中的應用

2014年9月12日，國家發改委、國家環保部、國家能源局聯合發文“關于印發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》的通知”中要求，穩步推進東部地區現役30萬kW及以上公用燃煤發電機組和有條件的30萬kW以下公用燃煤發電機組實施大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值的環保改造。燃煤發電機組大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值（即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50 mg/m3）。華電滕州新源熱電有限公司#1機組在2015年4月份實施完成了濕式電除塵器改造，煙塵排放達到了超低排放標準。

而目前關于超低排放顆粒物排放測量國家標準《固定污染源煙氣排放連續檢測技術規范（試行）》（HJ/T75）中參比方法驗收技術考核指標要求，當顆粒物排放濃度不大于50 mg/m3時，絕對誤差不超過±15 mg/m3，而電廠實現“超低排放”后，顆粒物濃度要降低到10 mg/m3，甚至5 mg/m3，數值已經小于絕對誤差。如何實時連續在線監測超低排放燃煤電廠的顆粒排放濃度，正確評價電廠顆粒物排放水平，是一個現實而重要的問題。

1 濕式除塵器煙塵測量技術對比

目前粉塵的主流測量方法以直接抽取高溫氣化加激光前向散射測量技術和稀釋抽取加激光前向散射測，市場火力發電廠濕除塵煙塵儀，主要以PCME、SICK、Durag、Thermo Fisher為主，市場占有率超過90%。

1.1 直接抽取高溫氣化加激光前向散射測量技術

直接抽取高溫氣化加激光前向散射測量技術以PCME和SICK為主要代表。其測量原理如圖1所示。

如圖1所示：6-取樣風機，以一定的速度將零空氣注入3-射流取樣器，從而產生負壓，將煙道樣氣從1-取樣探頭處抽取到4-霧化腔室，水汽在霧化腔室內氣化后進入5-測量單元，進行顆粒物的測量。零空氣和煙道樣氣混合后由2-尾氣排放口注入煙道。其以射流取樣及高溫霧化腔室完成對煙道氣的采集及預處理，達到常規探頭正常運行所需的外部條件，從而順利實現對濕煙氣中顆粒物的實時在線測量。

PCME STACK 181 WS適合于濕法除塵器和其他低于露點（冷煙道條件）或有水滴存在下的顆粒物排放測量。抽取系統從煙道中連續抽取代表性煙氣，加熱到結露點溫度以上使水滴蒸發，然后測量干煙氣條件下的顆粒物濃度。在濕法除塵之后使用此加熱抽取的方法有效地克服了在濕法除塵后原位顆粒物監測的冷凝和水滴影響的問題。

PCME STACK 181 WS使用先進的ProScatter前散射粉塵儀傳感器（PCME QAL 181），通過德國TUV認證，通過英國環保局MCERTS認證（在干煙氣條件下的PCME STACK 181符合QAL1規范，通過中國環保產品認證）。認證量程涵蓋0～15 mg/m3及0～100 mg/m3。

該抽取系統采用了改良的氣流增強器，這意味著該系統沒有移動部件或風扇，不會結塊堵塞或被污染。取樣時，煙氣通過同一采樣端口返回煙道。該儀器測量的關鍵部分是專利的ProScatterTM前散射粉塵儀測量傳感器，得益于窄角度前散射（使得顆粒物類型和折射率變化影響最小化）。相較于光散射傳感器入射角度，181WS降低了靈敏度。181WS得益于強大的圖形用戶界面，合理的結構設計，對光散射傳感器、加熱系統、取樣管線的流量進行自動控制和實時監測，實現了對飽和濕煙氣和有水滴的濕煙道中精確的顆粒物濃度測量。

1.2 高溫抽取稀釋加激光前向散射測量技術

高溫抽取稀釋加激光前向散射測量技術主要是以Durag和Fordisch為代表。其測量原理如圖2所示。

如圖2所示，取樣風機以恒定的速度將零空氣注入到射流取樣器中，射流取樣器產生負壓來引流樣氣及稀釋氣體。樣氣通過高溫加熱的Probe，稀釋風機以一定速度注入稀釋零氣到高溫探頭和樣氣混合，混合后的稀釋樣氣經過高溫球閥后進入測量腔室，用激光前向散射的測量技術進行測量。稀釋氣體管路上裝有流速及溫度傳感器，可以準確測量單位時間內稀釋零氣的體積；稀釋后的氣體管路上也同樣裝有流速及溫度傳感器，稀釋后樣氣單位時間內的體積也是可以準確測量的；稀釋后腔室單位時間內氣體的質量除以單位時間內抽取樣氣的質量就是稀釋比。

采用稀釋法測量顆粒物濃度，可以降低煙氣的露點；同時可以通過稀釋泵，將零氣注入到采樣腔室，來校驗系統的零點。系統具有自動零點及滿度檢查的功能，能及時發現激光前向散射測量儀器的污染、激光器衰減等問題。

1.3 光散射和震蕩微天平方法

光散射和震蕩天平聯用的方法實現顆粒物的濃度測量。這種測量原理以Thermo Fisher為主要代表。取樣探頭抽取樣氣，經過稀釋后（稀釋降低煙氣的露點）分成兩路，一路進入光散射測量單元進行測量，多余的稀釋樣氣通過旁路質量流量計和泵排空；采樣氣體的體積是通過采樣管路上的質量流量控制器MFC進行測量和控制。

同時在程序設定的時間內，稀釋后的樣氣經過光散射測量單元后，在進入震蕩天平，測試單位時間內顆粒物的質量，同時精確測量經過的樣氣體積，得到稀釋樣氣的質量濃度，從而來校核光散射的測量誤差。

以浙江、山東已投產的濕除塵機組的曲線分析：該公司排放出口抽取式煙塵儀能夠滿足煙塵低于5 mg/Nm3環境下穩定測量的要求。但是不能反映機組負荷變化過程中煙塵變化趨勢，與電除塵出口煙塵表變化趨勢一致性不敏感。

2 結論

（1）目前PCME采用等速取樣的方式來實現采樣流速和工況流速跟隨；SICK采用過采樣的方式實現采樣流速大于煙氣流速的過采樣方式。系統具有自動零點及滿度檢查的功能，能及時發現激光前向散射測量儀器的污染、激光器衰減等問題。

（2）Durag采用稀釋法測量顆粒物濃度，可以降低煙氣的露點；同時可以通過稀釋泵，將零氣注入到采樣腔室，來校驗系統的零點。系統具有自動零點及滿度檢查的功能，能及時發現激光前向散射測量儀器的污染、激光器衰減等問題。

（3）Thermo Fisher其采用稀釋法，降低采樣煙氣露點；用光散射方法實現稀釋煙氣顆粒物濃度的準確測量，同時可以在設定的時間內將樣氣進入震蕩天平進行質量測量，從而來校核光散射的測量誤差。

以上幾種適合超低排放煙塵測量技術，他們都采用了不同的方法，解決掉煙氣中水分對測量的影響，而且設備各有特點，目前SICK和PCME設備均已通過中國環境監測總站檢測環保認證。